Что является единицей электрической мощности в международной системе единиц си напиши сокращенно
Перейти к содержимому

Что является единицей электрической мощности в международной системе единиц си напиши сокращенно

  • автор:

Единицы измерения мощности

Мощность — физическая величина, равная скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы. Также мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Международная система единиц (СИ)

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения мощности является ватт [Вт],[W], равный одному джоулю [Дж],[J], делённому на секунду.
1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль. Таким образом, ватт является производной единицей измерения и связан с другими единицами СИ следующими соотношениями:

  • Вт = Дж / с = кг·м²/с
  • Вт = H·м/с
  • Вт = В·А
  • 1 Мегаватт [МВт] = 1000 кВт
  • 1 Киловатт [кВт] = 1000 Вт
  • 1 Вольт-ампер [В·А] = 1 Вт

Внесистемные единицы

  • 1 Гигакалория в секунду [Гкал/с], [Gcal/s] = 4186.8 МВт
  • 1 Килокалория в секунду [ккал/с], [kcal/s] = 4186.8 Вт
  • 1 Калория в секунду [кал/с], [cal/s] = 4.1868 Вт
  • 1 Гигакалория в час [Гкал/ч], [Gcal/h] = 1.163 МВт
  • 1 Килокалория в час [ккал/ч], [kcal/h] = 1.163 Вт
  • 1 Калория в час [кал/ч], [cal/h] = 0.001163 Вт
  • 1 Котловая лошадинная сила [hp(S)] = 9809.5 Вт
  • 1 Электрическая лошадиная сила [hp(E)] = 746 Вт
  • 1 Гидравлическая лошадиная сила [hp(H)] = 745.7 Вт
  • 1 Механическая лошадиная сила [hp(I)] = 745.69987158227022 Вт
  • 1 Метрическая лошадиная сила [hp(M)] = 735.49875 Вт
  • 1 Килограмм·м/с [кг·м/с] = 9.80665 Вт
  • 1 Джоуль в секунду [Дж·с]= 1 Вт
  • 1 Джоуль в час [Дж·ч] = 0.0002777777777777 Вт
  • 1 Эрг в секунду [эрг·с] = 0.0000001 Вт
  • 1 Метрическая тонна охлаждения [RT] = 3861.15995 Вт

США и Британия

  • 1 Американская тонна охлаждения [USRT] = 3.51686666 кВт
  • 1 Британская термальная единица в секунду [BTU/s] = 1055.06 Вт
  • 1 Британская термальная единица в минуту [BTU/m] = 17.584333 Вт
  • 1 Британская термальная единица в час [BTU/h] = 0.293072224 Вт
  • 1 Фунт на фут в секунду [ft·lbf/s] = 1.35581795 Вт

Что является единицей электрического напряжения в Международной системе единиц (СИ)? (Напиши сокращенно) Что является единицей силы тока в Международной системе единиц (СИ)? (Напиши название в единственном числе с маленькой буквы)

Единицей электрического напряжения в СИ является вольт( В).. единицей силы тока в СИ является ампер( А).

Новые вопросы в Физика

1. Утвори пари: позначення значення величини. Qn Q Q+ Q QF k кількість тіл, що отримують енергію кількість теплоти кількість одержаної теплоти кількіс … ть тіл, що віддають енергію модуль кількості відданої теплоти -​

На поверхні озера поширюється хвиля, профіль якої зображено на рисунку. Чому дорівнюють довжина хвилі та період коливань, якщо хвиля поширюється зі шв … идкість 50 см/с?

чому знаючи тільки шлях не можна визначити кінцеве положення?

Найглибша впадина в океані 11 034 екскурсія по місту тривала 4 години 30 хвилин виразі цю глибину в одиницях CI виразі цей час в одиницях системи CI

какое количество теплоты нужно, чтоб нагреть алюминивый шарик массой 40 грамм от температуры 20°C ло температуры плавления и полностью расплавить?

Электрическое сопротивление обозначается буквой
.

Что является единицей электрической мощности в международной системе единиц (СИ)? Напиши сокращённо:
.

Что является единицей электрического сопротивления в международной системе единиц (СИ)? Напиши название в единственном числе с маленькой буквы:
.

Ответ

1) Электрическое сопротивление обозначается буквой: R.

2) Что является единицей электрической мощности в международной системе единиц (СИ)?: Ватт (сокр.: Вт)

3) Что является единицей электрического сопротивления в международной системе единиц (СИ)? ом

Единица силы тока

Упорядоченное, не хаотичное перемещение заряженных частиц под действием силы электрического поля называется электрическим током. Ток возникает в газообразных, жидких и твердых веществах. Сила тока относится к числу базовых физических величин в теории и практике электромагнетизма, поэтому необходимо знать в каких единицах может измеряться сила тока.

Определение силы тока

Силой тока — это физическая величина, равная электрическому заряду q, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени:

где I сила тока, t — время (в системе СИ единицей времени является секунда).

За единицу измерения силы тока в международной системе единиц СИ принят ампер, получивший свое название в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775-1836 г.г.), который впервые сформулировал понятие силы тока. Сокращенное обозначение единицы пишется с заглавной буквы А.

Портрет Андре-Мари Ампера:

При силе тока в 1 А через поперечное сечение проводника за 1 с проходит электрический заряд величиной 1 К (кулон).

Протекание электрического тока проявляется различных химических реакциях (в электролитах), в свечении или нагревании вещества, а также в магнитном взаимодействии проводников. Оказалось, что из всех известных проявлений тока только магнитное взаимодействие воспроизводится вместе с электрическим током всегда, при любых условиях, в любых средах и в вакууме.

По этой причине магнитное взаимодействие проводника с током было выбрано в системе СИ для определения силы тока ампера (А).

В системе СИ ампер является одной из семи основных единиц для физических величин, пользуясь которыми можно выразить все остальные единицы. Кроме ампера — это метр (м), килограмм (кг), секунда (с), моль (моль), температура (кельвин, К). Например, сила измеряется в ньютонах (Н), который равен:

Определение единицы силы тока

Напомним, что при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока в противоположных направлениях — отталкиваются. Этот эффект обнаружил Ампер и назвал его электромагнитным взаимодействием.

Схема опыта Ампера для взаимодействия двух параллельных токов:

Действующее на сегодняшний день определение единицы силы тока было сформулировано и принято в 1948 г.:

Ампер — сила постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника 1 метр силу взаимодействия, равную 2*10 -7 Н (ньютона).

Дополнительные единицы

На практике для удобства записи, для очень маленьких или очень больших токов, часто применяют кратные и дольные единицы от основной. Напомним, что кратными называют единицы намного больше основной, а дольными — намного меньше основной:

  • Наноампер — 1 нА = 0,000000001=1,0*10 -9 А;
  • Микроампер — 1 мкА = 0,000001 А;
  • Миллиампер — 1 мА = 0,001 А;
  • Килоампер — 1 кА = 1000 А;
  • Мегаампер — 1МА = 1000000 А= 1,0*10 6 А.

Международное бюро мер и весов (находится в г. Севр, Франция), которое отвечает за обеспечение существования системы СИ, в 2019 г. планирует введение некоторых изменений в определениях основных единиц. Изменения будут внесены в определения кельвина, килограмма, моля и ампера. Эта реформа не повлияет на жизнь большинства людей. Необходимость этого мероприятия вызвана требованиями повышения точности в научных экспериментах и приборостроении. На основании опубликованных документов будут разработаны и утверждены государственные стандарты в странах, использующих систему СИ. На следующем этапе будут внесены корректировки в школьных и вузовских учебниках физики. Пока действующим является определение ампера, утвержденное в 1948 году.

Измерение тока в электрических цепях производится с помощью амперметров. Для калибровки шкал этих приборов (стрелочных и цифровых) очень важное значение имеет универсальность и точность самой единицы измерения — ампера.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что такое сила электрического тока, и как она связана с величиной электрического заряда. Единица измерения силы тока — ампер. Определение единицы измерения силы тока основано на силовом магнитном взаимодействии проводников, по которым течет ток. Дополнительно, когда величины токов много больше или, наоборот, много меньше 1 ампера, допускается использование дольных и кратных единиц: наноампер, микроампер, килоампер, мегаампер и др.

Единица измерения электрической мощности

Электрический ток в любом участке цепи совершает работу ($A$). Рассмотрим произвольный участок цепи к концам которого приложено напряжение $U$. В том случае, если сила тока на нашем участке равна $I$, то за промежуток времени $\Delta t$ по этому участку пройдет заряд величины $\Delta q=I\Delta t$. Следовательно, работа электрического тока на рассматриваемом участке будет равна:

Формула (1) выполняется для произвольного участка цепи, содержащего любые нагрузки, если сила тока постоянна. По определению любая мощность ($P$) — это величина, которая характеризует скорость преобразования энергии или скорость совершения работы:

Если использовать частное определение работы электрического поля (1), то получим определение электрической мощности:

Ватт — единица измерения электрической мощности в Международной системе единиц (СИ)

Исходя из общего определения мощности (1), так как работа измеряется в джоулях, время в секундах, получается $\left(\frac\right)$- единица измерения электрической мощности, как и любой другой мощности:

Единица измерения мощности имеет собственное название: ватт — единица измерения электрической мощности в том числе. Обозначается ватт как Вт. Мощность электрического тока равна 1 Вт, если за одну секунду он совершает работу равную одному джоулю. Ватт — единица измерения электрической мощности в Международной системе единиц (СИ). Ватт не является основной единицей измерения в системе СИ. Свое название ватт получил в честь изобретателя Дж. Ватта. Ватт можно выразить через комбинацию основных единиц измерения системы СИ непосредственно из определения мощности (2):

Из формулы (3), следует, что ватт можно представить так же как:

где $А$ — ампер; $В$ — вольт. Отметим, что формула (3) дает определение вольту.

Для обозначения десятичных дольных и кратных единиц электрической мощности в системе СИ используют стандартные приставки. Например, кВт (киловатт): 1кВт=1000 Вт; МВт (мегаватт) 1 МВт$=^6Вт$ и т.д.

Единицы измерения электрической мощности в других системах единиц

В системе СГС (система основными единицами в которой служат: сантиметр, грамм и секунда) специального названия единица измерения мощности не имеет. В этой системе:

где $эрг$ — единица измерения энергии (работы) в СГС.

Примеры задач с решением

Задание. Электрическую мощность в цепи постоянного тока можно рассчитать, используя формулу: $P=I^2R,$ где $R$ — сопротивление участка цепи по которому проходит ток силы $I$. Получите единицы измерения электрической мощности из этой формулы.

Решение. По условию задачи в качестве основы для определения единиц измерения электрической мощности примем выражение:

Сила тока измеряется в амперах (A) — это одна из семи основных единиц системы СИ. Сопротивление измеряется в омах (Ом). Ом — является производной единицей системы СИ. Он выражается через основные единицы как:

Используем заданную формулу (1.1), имеем:

Ответ. При определении электрической мощности при помощи выражения $P=I^2R$ получаем, что мощность в системе СИ имеет единицу измерения ватт.

Задание. Две лампочки имеют мощности: $P_1=40$Вт и $P_2=100$Вт и номинальное напряжение $U_1=U_2=110\ В$. Их соединяют последовательно (рис.1) и подключают к источнику постоянного напряжения, величина которого $U=220\ В$.

Какую мощность будет потреблять при таком соединении каждая из лампочек? Ответ запишите в декаваттах (даВт).

Единица измерения электрической мощности, пример 1

Решение. Исходя из рис.1 мы видим, что лампочки соединены последовательно, значит, силы тока в каждой из них одинаковы, на падение напряжения зависит от сопротивления. Мощности, которые потребляют лампочки, найдем, применяя формулу:

запишем уравнение (2.1) для каждой лампочки:

Сопротивления нитей накаливания ламп определим из номинальных параметров:

Силу тока определим используя закон Ома для участка цепи, учитывая, что лампы соединены последовательно:

Решая уравнения (2.1)- (2.3), получаем:

Проведем вычисления, получим:

Учитывая соотношение между даВт и Вт:

Единицы измерения

Единица измерения силы электрического тока в международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. Ампер является единицей силы тока и относится к числу основных единиц в системе единиц МКСА. Кроме того в амперах измеряется также магнитодвижущая сила и разность магнитных потенциалов.

Внесистемная единица измерения электрического заряда, используемая главным образом для характеристики ёмкости электрических аккумуляторов.

Исходя из физического смысла, 1 ампер-час — это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника и обеспечивающий в течение одного часа ток в один ампер.

Заряженный аккумулятор с заявленной ёмкостью в 1 А·ч теоретически способен обеспечить силу тока 1 ампер в течение одного часа (или, например, 10 А в течение 0,1 часа, или 0,1 А в течение 10 часов).

На практике слишком большой ток разряда аккумулятора приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии, что нелинейно уменьшает время его работы с таким током и может приводить к перегреву.

В действительности же ёмкость аккумуляторов приводят исходя из 20-часового цикла разряда до конечного напряжения. Для автомобильных аккумуляторов оно составляет 10,5 В. Например, надпись на маркировке аккумулятора «55 А·ч» означает, что он способен выдавать ток 2,75 ампера на протяжении 20 часов, и при этом напряжение на клеммах не опустится ниже 10,5 В.

Поскольку 1 Кл / c равен 1 А, то, переведя часы в секунды, получаем, что один ампер-час будет равен 3600 Кл.

Синонимы — А·ч
большая интегральная схема

Внесистемная единица энергии, работы. Обычно применяется при измерениях работы, энергии электрического тока. Ватт-час равен работе, совершаемой электрическим током мощностью 1 Вт в течение 1 ч.

Чтобы определить мощность в ватт-часах нужно умножить напряжение на силу тока. Приведем пример, батарейка в 3 вольта выдает 2 ампер в час, т.е. она обладает мощностью 6 Вт-ч . Если сила тока указана в миллиамперах в час, нужно умножить ее на вольты и разделить на 1000.

Синонимы — W-h,Вт-ч

Единица измерения мощности, а также теплового потока, потока звуковой энергии, мощности постоянного электрического тока, активной и полной мощности переменного электрического тока, потока излучения и потока энергии ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ).

Единица названа в честь шотландско-ирландского изобретателя-механика Джеймса Уатта (Ватта), создателя универсальной паровой машины. В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы ватт пишется со строчной буквы, а её обозначение — с заглавной.

Ватт как единица измерения мощности был впервые принят на Втором Конгрессе Британской Научной ассоциации в 1882 году. До этого при большинстве расчётов использовались введённые Джеймсом Уаттом лошадиные силы, а также фут-фунты в минуту.

В Международную систему единиц (СИ) ватт введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием системы СИ в целом.

Одной из основных характеристик всех электроприборов является потребляемая мощность, поэтому на любом электроприборе (или в инструкции к нему) можно найти информацию об этой мощности, выраженной в ваттах.

Физика для иностранных учащихся подготовительных отделений 9789854629261

Физика для иностранных учащихся подготовительных отделений 9789854629261

Table of contents :
ФИЗИКАДЛЯ ИНОСТРАННЫХ УЧАЩИХСЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ
МЕХАНИКА
Раздел I. КИНЕМАТИКА
Раздел II. ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Раздел III. МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА. МОЩНОСТЬ. ЭНЕРГИЯ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Раздел IV. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Раздел V. ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
Раздел VI. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
Раздел VII. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Раздел VIII. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Раздел IХ. ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
ОПТИКА
ATOM И АТОМНОЕ ЯДРО
ОСНОВНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
ПРИЛОЖЕНИЯ
РУССКО-АНГЛИЙСКИЙ СЛОВАРЬ
РУССКО-АРАБСКИЙ СЛОВАРЬ
РУССКО-ВЬЕТНАМСКИЙ СЛОВАРЬ
РУССКО-ФРАНЦУЗСКИЙ СЛОВАРЬ
ОГЛАВЛЕНИЕ

Citation preview

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФИЗИКИ

ФИЗИКА ДЛЯ ИНОСТРАННЫХ УЧАЩИХСЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ «Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для иностранных учащихся подготовительных отделений учреждений, обеспечивающих получение высшего медицинского образования». Учебное пособие 2-е издание

Минск БГМУ 2009

УДК 53:373.57 (075.8) ББК 22.3 я73 Ф 90 А в т о р ы: канд. физ.-мат. наук, доц. З. В. Межевич; канд. физ.-мат. наук, доц. Г. К. Ильич; канд. физ.-мат. наук, доц. Н.И. Инсарова; канд. физ.-мат. наук, доц. В. Г. Лещенко Р е ц е н з е н т ы: канд. физ.-мат. наук, доц. каф. естественно-научных дисциплин Белорусского национального технического университета Т. И. Развина; канд. филол. наук каф. обучения русскому языку как иностранному (естественно-научный профиль) факультета доуниверситетского образования Белорусского государственного университета В. А. Сидоренко; ст. преп. физики Г. Ф. Волосюк; канд. физ.-мат. наук, доц. каф. биофизики Гродненского государственного медицинского университета И. М. Бертель Физика для иностранных учащихся подготовительных отделений : учеб. пособие / Ф 90 З. В. Межевич [и др.]. 2-е изд. – Минск : БГМУ, 2009. – 196 с. ISBN 978–985–462–926–1. В пособии изложены основные физические законы и явления в объеме курса средней школы. Текст лексически адаптирован с учетом языковых трудностей слушателей и опыта преподавания курса физики иностранным учащимся. Наличие в пособии словарей терминов и слов из общеупотребительной лексики с переводом на английский, французский и арабский языки, способствует более быстрому усвоению курса. Материал в достаточной степени иллюстрирован; задачи для самостоятельной работы приведены с ответами. В приложении приведены вопросы и задачи по медицинской физике. Рассчитано как для аудиторных занятий, так и для самостоятельной работы. 1-е издание вышло в 2004 году. Предназначено для иностранных учащихся подготовительных отделений. УДК 53:373.57 (075.8) ББК 22.3 я73

Учебное издание Межевич Зоя Васильевна Ильич Генрих Казимирович Инсарова Наталья Ивановна Лещенко Вячеслав Григорьевич

ФИЗИКА ДЛЯ ИНОСТРАННЫХ УЧАЩИХСЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ Учебное пособие 2-е издание Ответственная за выпуск З. В. Межевич Редактор Н. А. Лебедко Компьютерная верстка Н. М. Федорцовой Подписано в печать 29.01.09. Формат 60×84/8. Бумага писчая «Снегурочка». Печать офсетная. Гарнитура «Times». Усл. печ. л. 22,78. Уч.-изд. л. 16,41. Тираж 400 экз. Заказ 92. Издатель и полиграфическое исполнение: учреждение образования «Белорусский государственный медицинский университет». ЛИ № 02330/0133420 от 14.10.2004. ЛП № 02330/0131503 от 27.08.2004. Ул. Ленинградская, 6, 220030, Минск. ISBN 978–985–462–926–1

© Оформление. Белорусский государственный медицинский университет, 2009

МЕХАНИКА Раздел I. КИНЕМАТИКА 1. МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ. КИНЕМАТИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Механическим движением называется изменение положения тела относительно других тел с течением времени. Механическое движение изучает механика. Механика включает в себя три раздела: кинематику, динамику и статику. Кинематика изучает механическое движение тел без анализа причин, которые вызывают это движение. Динамика устанавливает причины возникновения или изменения движения тел. Статика устанавливает условия равновесия тел. В механике размер и форму движущихся тел часто можно не учитывать. Тогда тело называют материальной точкой. Основной задачей механики является определение положения тел (материальных точек) в пространстве в любой момент времени. Для решения этой задачи: 1. Необходимо указать тело, относиZ тельно которого рассматривается движение. а) Тело, относительно которого рассматриваетZ ся данное механическое движение, называM ется телом отсчета. x 0 2. С телом отсчета связывается систеx ма координат. Самой простой является пря- y моугольная декартова система. Положение y y б) M точки, например М, в пространстве в этой y системе определяется 3 координатами (x, y, 0 z) (рис. 1a), на плоскости — двумя (х, у), x x (рис. 1б), на прямой — одной, например, х в) M (рис. 1в). x 0 x Когда точка М движется по прямой, её Рис. 1 координата х в разные моменты времени t имеет различные значения: х1, х2 и т. д. (рис. 2а, б, в). 0

Это значит, что координата х является функцией времени x = f(t). Зависимость x = f(t) называется уравнением движения точки (тела). Если движение тела происходит в одной плоскости, то две его координаты изменяются с течением времени. Две функции x = f1(t) и у = f2(t) являются в этом случае уравнениями движения тела. Основными характеристиками движения тела (материальной точки) являются: траектория движения, перемещение тела (точки), пройденный путь, координаты, скорость и ускорение. Линия, которую описывает каждая точка тела, называется траекторией её движения. Самый простой вид механического движения тела — поступательное движение. При поступательном движении все точки тела движутся в пространстве по одинаковым траекториям (рис. 3). B B′ А А′

Поэтому при поступательном движении тело всегда можно рассматривать как материальную точку. Различают два вида поступательного движения: прямолинейное и криволинейное. Если траектория движения тела — прямая линия, то движение прямолинейное. Если траектория движения тела — какая-то кривая, например, окружность, то движение криволинейное. у А(t=0) Перемещение материальной точки за данный r S промежуток времени — это вектор r (рис. 4). r r Он направлен от положения точки в начальный B(t) момент времени (t=0) к её положению в конечный мо0 х мент времени t. Путь S равен длине траектории, которую описыРис. 4 вает материальная точка за данный промежуток времени (рис. 4). Путь является скалярной физической величиной. r Пройденный путь S и модуль вектора перемещения ⏐ r ⏐ равны друг друr гу при прямолинейном движении тела в одном направлении: S = ⏐ r ⏐. Во всех r других случаях ⏐ r ⏐ 0

r a ах 0 равнопеременное движение называют равноускоренным, при ахр1 Для изобарного процесса справедливо уравне-

где V — объем газа при температуре Т, V0 — объем

газа при температуре 273 К, α — температурный ко-

эффициент объемного расширения газа, равный (1/273) ⋅ К–1. Примеры решения задач: 1. В баллоне объемом 30 дм3 находится водород под давлением 5⋅10б Па при температуре 27°С. Определить массу газа, считая водород идеальным газом.

Дано: р = 5 ⋅ 106 Па V = 3 ⋅ 10–2 м3 M = 2 ⋅ 10–3 ΚΓ

моль Дж R = 8,3 моль·К T = 300 K

Решение. Используем уравнение состояния идеального газа: p ·V · M m p· V = R · T ⇒ m= , R·T М m=

5 · 106 Па · 3 · 10 –2 м3 · 2 · 10 –3 кг/моль 8,3 Дж · моль –1 · К –1 · 300 К

m–? 2. Как изменяется объем пузырька воздуха при всплытии со дна озера глубиной h = 20 м к поверхности воды? Температура воды у дна и поверхности озера одинаковая. Атмосферное давление равно 105 Па.

Дано: h = 20 м ρH O = 103 2

T1 = T2 р0 = 105 Па

Решение. Объем пузырька при всплытии будет изменяться из-за уменьшения давления. T = const и m = const (m — масса газа внутри пузырька), значит изменение объема происходит в результате изотермического расширения. V2 p1 . р1V1 = р2V2 ⇒ = V1 p 2 дно поверхность

воды V2 –? V1 Давление р2 у поверхности воды равно р0, р1 — давление на глубине складывается из внешнего давления P0 и давления водяного столба высотой h: р1 = р0 + ρgh, Подставляем в формулу: V 2 p 0 + ρ gh 10 5 Π a + 10 3 ΚΓ /Μ ·10 Μ /c 2 · 20 Μ = = ≈ 3. V1 p0 10 5 Π a Объем пузырька увеличится в 3 раза.

Задачи для самостоятельного решения 1. Сосуд объемом V1 = 0,02 м3 содержит воздух под давлением р1 = 4 ⋅ 105 Па. Его соединяют с сосудом объемом V2 = 0,06 м3, из которого выкачан воздух. Найти давление р, установившееся в сосудах. Ответ: р = 105 Па.

2. Газ при 30°С занимает объем V1. До какой температуры его нужно охладить при постоянном давлении, чтобы объем стал равным 0,75 V1? Ответ: 227 К. 3. На какую часть первоначального объема V1 увеличится объем газа, находящегося при температуре 27°С, если его нагреть на 1°С при постоянном давлении? Ответ: 1/300 V1. 4. При температуре 27°C и давлении р = 105 Па объем воздушного шара, заполненного гелием равен 500 м3. Каков будет объем шара, если при подъеме в верхние слои атмосферы температура понизится до –33°С, а давление станет 5 ⋅ 104 Па? Массу газа считать постоянной. Ответ: 800 м3. 5. Из баллона со сжатым воздухом ёмкостью V = 10 л вследствие неисправности вентиля утекает газ. При температуре 7°С манометр показал давление 5 ⋅ 105 Па. Через некоторое время при t2 = 27°С давление было такое же. Сколько вытекло газа? Молярная масса воздуха М = 29 г/моль. Ответ: ∼0,004 кг. 5. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ. УДЕЛЬНАЯ

Сумма кинетической энергии молекул вещества и потенциальной энергии их взаимодействия называется внутренней энергией тела U. Существуют два вида воздействий на тело, которые приводят к изменению его внутренней энергии: 1) совершение над телом работы — сжатие или расширение тела; 2) сообщение телу теплоты — нагревание газа в закрытом сосуде, нагревание жидкости и т. д. Процесс перехода внутренней энергии от одного тела к другому без совершения телами работы называется теплопередачей (тепловой процесс). Количество энергии, переданное от тела к телу путем теплопередачи, называется количеством теплоты. Единицей количества теплоты является джоуль (Дж). При расчете количества теплоты пользуются формулой: ΔU = Q = cmΔT = cm(T2 – T1), где с — удельная теплоемкость, m — масса, ΔT — изменение температуры вещества (ΔТК = Δt°С), ΔU — изменение внутренней энергии. Удельная теплоемкость с — количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела массой 1 кг на 1 К.

Дж Q [c]=1 кг · К . mΔT Теплоемкостью тела С называется количество теплоты, необходимое для того, чтобы повысить температуру тела на 1 К. Q Дж ( ). C= ΔT К

Удельная теплота парообразования Для превращения жидкости в пар при постоянной температуре необходимо передать ей количество теплоты: Q = r ⋅ m,

где r — удельная теплота парообразования, [r ] =

Удельная теплота парообразования (r) показывает, какое количество теплоты необходимо для превращения 1 кг жидкости в пар при постоянной температуре. Если пар превращается в жидкость (конденсируется), то при этом выделяется такое же количество теплоты, какое поглощалось при парообразовании Qк = –rm. Удельная теплота плавления Плавление происходит при постоянной температуре, поэтому кинетическая энергия молекул не меняется, а подводимая теплота идет на увеличение потенциальной энергии молекул. Количество теплоты Qпл = λm, где λ — удельная теплота плавления, которая измеряется в Дж/кг. [λ ] =

Удельная теплота плавления (λ) — количество теплоты, которое необходимо для превращения 1 кг кристаллического вещества в жидкость при температуре плавления. При кристаллизации вещества выделяется количество теплоты равное Qкр = –λm. Удельная теплота сгорания топлива Количество теплоты, которое выделяется при сгорании топлива, определяется по формуле: Q = qm,

где q — удельная теплота сгорания топлива, или теплота сгорания. Единица измерения [q] = 1 Дж/кг. В процессе горения температура не меняется. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ:

1. В железный котел массой 1,5 кг налито 5 кг воды. Какое количество теплоты нужно подвести к котлу, чтобы в нем нагреть воду от 15 до 100°С? Удельные теплоемкости железа с1 = 460 Дано: m1 = 1,5 кг m2 = 5 кг t1 = 15oC t2 = 100oC Q–?

Дж , воды с2 = 4,19 ⋅ 103 Дж . кг ⋅ град кг ⋅ град

Решение. Количество теплоты, подводимое для нагрева воды, расходуется на нагревание котла Q1 и воды Q2. Поэтому общее количество теплоты: Q = Q1 + Q2 — уравнение теплового баланса. котла воды

Q1 = с1m1(t2 – t1), Q2 = с2m2(t2 – t1), Q = (t2 – t1) (с1m1 + с2m2), Q = 85 ⋅ (460 ⋅ 1,5 + 4,19 ⋅ 103 ⋅ 5) = 1,84 ⋅ 106 (Дж) = 1,84 МДж. 2. В 200 г воды при 20°С поместили 300 г железа при 10°С и 400 г меди при 25°. Найти установившуюся температуру θ. Удельные теплоемкости воды с1 = 4,19 ⋅ 103 меди с3 = 400

Дж , железа с2 = 460 Дж , кг ⋅ град кг ⋅ град

Дано: Решение. m1 = 200 г = 0,2 кг Предположим, что вода нагревается и получает количеm2 = 300 г = 0,3 кг ство теплоты: m3 = 400 г = 0,4 кг Q1 = с1m1 (θ – t1), железо получает тепло t1 = 20°C Q2 = с2m2 (θ – t1), t2 = 10°C медь отдает тепло t3 = 25°C θ–? Q3 = с2m2 (t3 – θ). Составляем уравнение теплового баланса (количество теплоты, отданное одними телами системы, равно количеству теплоты, полученному другими телами): Q1 + Q2 = Q3,

C1m1(θ – t1) + с2m2(θ – t2) = с3m3(t3 – θ), θ ≈ 19°С.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Какое количество теплоты необходимо для того чтобы 1,5 кг льда, взятого при температуре 253 К, превратить в пар при 373 К? Удельная теплоемкость льда cл=2,1⋅103 Дж/кг⋅К, удельная теплота плавления льда λ=33,6⋅104 Дж/К, удельная теплота парообразования при температуре кипения воды 373 К r = 22,6 ⋅ 105 Дж/кг, удельная теплоемкость воды cв = 4,19 ⋅ 103 Дж/кг ⋅ К. Ответ: Q ≈ 4,6 ⋅ 106 Дж. 2. В сосуд, который содержит m1=10 кг льда при t1 = 0°С, налили m2=3 кг воды при t2 = 90°С. Какая установится температура? Удельная теплоемкость воды св=4,19 ⋅ 103 Дж/кг⋅К. Удельная теплота плавления льда λ=33,6 ⋅ 104 Дж/К. Ответ: 0°С. 3. Автомобиль расходует m = 5,67 кг бензина на S= 50 км пути. Определить среднюю мощность двигателя автомобиля, если средняя скорость движения v = 80 км/ч и КПД двигателя η = 22 %. Удельная теплота сгорания бензина q = 46 ⋅ 106 Дж/кг. Ответ: ≈ 25,5 кВт. 6. РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССАХ (I ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ) Термодинамика — раздел физики, который рассматривает явления, связанные с взаимопревращением механической и внутренней энергий и передачей количества теплоты от одного тела к другому. Во всех процессах, происходящих в природе, энергия не исчезает и не создается, а переходит от одного тела к другому и превращается из одного вида в другой в эквивалентных количествах — закон сохранения и превращения энергии. Закон сохранения энергии применительно к тепловым явлениям называется первым законом термодинамики: «Изменение внутренней энергии ΔU системы равно работе внешних сил A и количеству теплоты Q, переданного системе». Δ U = A + Q. Согласно третьему закону Ньютона, силы, с которыми система действует на внешние тела, и силы, с которыми внешние тела действуют на систему, различаются только знаком. Поэтому работа А = –А’. Если вместо работы внешних сил А ввести работу самой системы А’, то уравнение примет вид: Δ U = Q – A’ или Q = Δ U + A’. Можно определить работу при изобарном расширении газа. Если происходит перемещение поршня на расстояние l (рис. 50), то работа газа: A’ = F ⋅ l = p ⋅ S ⋅ L = p ⋅ Δ V, где р — давление газа, Δ V — изменение объема. l F′

При расширении газ совершает положительную работу, так как направления перемещения поршня и силы совпадают. 7. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ. ДИАГРАММА ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ. ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ (КРИСТАЛЛИЗАЦИИ) И КИПЕНИЯ ВЕЩЕСТВА. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ И АМОРФНЫЕ ТЕЛА Фаза — это однородная по химическому составу и физическим свойствам часть термодинамической системы. Фазы отделены друг от друга поверхностью раздела, где происходит изменение свойств. Существует газовая фаза. Число жидких и твердых фаз может быть много. При изменении внешних условий (температуры, давления, электрических и магнитных полей) фазы могут превращаться друг в друга. Такие процессы называются фазовыми переходами (превращениями). Основная характеристика фазовых превращений — температура, при которой фазы находятся в состоянии термодинамического равновесия — точка фазового перехода. К фазовым переходам относят превращение твердого тела в жидкое — плавление. Обратный процесс — кристалT D лизация. Если нагревать кристаллическое твердое тело, то его температура вначале повышается до точки С Тпл В плавления Тпл (рис. 51), затем остается постоянной, ТТ пока все тело не расплавится. Затем температура поА лучившейся жидкости опять возрастает. На участке Q 0 АВ подводимое тепло идет на увеличение кинетичеQпл ской и потенциальной энергии молекул. На участке Рис. 51 ВС происходит разрушение кристаллической решётки и все тепло идет на увеличение потенциальной энергии молекул. Постоянная температура, при которой происходит процесс плавления или отвердевания (кристаллизация), называется температурой (точкой) плавления (кристаллизации). Теплота плавления — количество теплоты, которое необходимо для разрушения кристаллической решетки. Парообразование и конденсация — еще один пример фазового перехода. Переход вещества из жидкого состояния в парообразное возможен при испарении или кипении. Обратный переход из парообразного состояния в жидкое называется конденсацией. Испарение может происходить при любой температуре и без притока энергии извне. Некоторые молекулы имеют достаточную кинетическую энергию и покидают поверхность жидкости. Температура, при которой происходит кипение жидкости, называется точкой кипения. Твердые тела отличаются от жидкости и газов. Они почти не меняют объем и форму при значительных внешних воздействиях. Это объясняется тем, что атомы и молекулы в твердом теле прочно связаны друг с другом и расположены в определенном порядке.

Твердые тела, в которых расположение атомов или молекул периодически повторяется в пространстве, называются кристаллы. Физические свойства кристаллов по разным направлениям различные. Это свойство называется анизотропия. Твердые тела, в которых физические свойства одинаковы по всем направлениям, называются аморфными. Аморфные тела называют изотропными — они имеют одинаковые свойства по всем направлениям. Аморфные тела не имеют определенной температуры плавления в отличие от кристаллов. При повышении температуры аморфное вещество постепенно становится мягким и потом жидким. Пример аморфных тел: стекло, янтарь. Вопросы и тест-задания по теме «Молекулярная физика. Тепловые явления» 1. Каковы основные положения молекулярно-кинетической теории? 2. В чем заключается и какова причина броуновского движения частиц? 3. Какими параметрами описывается состояние идеального газа? 4. Каков физический смысл понятия «температура»? 5. Что такое «изобара», «изохора», «изотерма»? 6. Объясните физический смысл внутренней энергии. 7. Что называется количеством теплоты? Какова единица ее измерения? 8. Что называется удельной теплоемкостью и теплоемкостью вещества? 9. Что называется удельной теплотой плавления (отвердевания) и парообразования (конденсации)? 10. Чем отличаются процессы кипения и испарения? 11. Как изменится давление идеального газа при увеличении концентрации его молекул в 3 раза, если средняя квадратичная скорость молекул остается неизменной? а) увеличится в 2 раза; б) увеличится в 3 раза; в) останется неизменной; г) уменьшится в 3 раза. 12. Как изменится средняя кинетическая энергия теплового движения молекул идеального газа при увеличении абсолютной температуры газа в 3 раза? а) увеличится в 3 раза; б) увеличится в 2 раза; в) увеличится в 4,5 раза; г) увеличится в 9 раз. 13. В первом сосуде находится азот, во втором — водород. Чему равно отношение давления p1 азота к давлению p2 водорода при одинаковых значениях концентрации молекул и температуры? а) 1; б) 14; в) 1/14; г) отношение р1/р2 может иметь различные значения. 14. Какое примерно значение температуры по шкале Цельсия соответствует температуре 200 К по абсолютной шкале? а) –473°С; б) –73°С; в) +73°С; г) +473°С. 15. Как изменится давление идеального газа при увеличении его объема в 2 раза и уменьшении абсолютной температуры в 2 раза? а) уменьшится в 2 раза; б) уменьшится в 4 раза;

в) останется неизменным;

г) увеличится в 2 раза.

16. Какой из графиков на рисунке является графиком изотермического процесса в идеальном газе? а) V б) V 2

17. Найти приблизительно массу 1 м3 воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 300 К. Выберите из приведенных значений близкое к полученному вами результату. Молярная масса воздуха М=29⋅10–3 кг/моль. а) 1 г; б) 10 г; в) 100 г; г) 1 кг; д) 10 кг. 18. Какой из графиков на рисунке является графиком изобарического процесса? a) р б) р 2 1 2

19. Газу передано количество теплоты 100 Дж и внешние силы совершили над ним работу 300 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа? а) 0 Дж; б) 100 Дж; в) 300 Дж; г) 400 Дж.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ Раздел VI. ЭЛЕКТРОСТАТИКА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ТЕЛ Электрический заряд — физическая величина, которая характеризует свойства тела вступать в электромагнитные взаимодействия. Заряд — количе-

ственная мера взаимодействия тел, которые обладают электрическими зарядами. Взаимодействие зарядов проявляется в виде притяжения заряженных частиц или их отталкивания. Электрические заряды делят на положительные и отрицательные. Электрический заряд электрона или протона по абсолютному значению равен 1,6 ⋅ 10–19 Кл называют элементарным. 2. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. q1 + q2 + … + qi = const. 3. ЗАКОН КУЛОНА

Закон устанавливает зависимость силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел (зарядов). Точечными являются тела, размеры которых значительно меньше расстояния между ними. Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними. q1 · q 2 F =k (сила направлена вдоль прямой, соединяющей эти тела), r2 где k — коэффициент пропорциональности, численно равный силе взаимодействия единичных зарядов, которые находятся на расстоянии равном единице длины. 1 В системе СИ k = , 4 πε 0 где ε0 — электрическая постоянная, равная ε0 = 8,85⋅10 k = 9 ⋅ 10

. ΚΛ2 Единица измерения электрического заряда — 1 кулон (1 Кл). 1 кулон — это заряд, который проходит за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А (Ампер).

Примеры решения задач: 1. Два одинаковых шарика, имеющих заряды q1 = +1 мкКл и q2= –0,2 мкКл, приведены в соприкосновение и разведены на расстояние 20 см. Найти силу взаимодействия между ними. Дано:

q2 = – 0,2 ⋅ 10-6 Кл r = 0,2 м

После соприкосновения заряды на обоих шариках стали одинаковыми, причём,

q1 + q 2 =0,4 мкКл. 2

Сила взаимодействия: 2 (0 ,4 2 ) ·10 | q3 | 9 F=k⋅ (0 ,2) 2 2 = 9 ⋅ 10 εr Для воздуха ε = 1.

2. Точечные электрические заряды q1, q2 и q3 находятся в вершинах прямоугольника. Определить силу F, с которой действует на заряд q3 электрическое поле зарядов q1 и q2. Расстояние между зарядами q1и q3 равно 1 см (r1), а между q3 и q2 равно 3 см (r2) (см. рис. 52). Дано: –9

q2 = –4 ⋅ 10 Кл q3=10–9 Кл r1=10–2 м r2=3 ⋅ 10–2 м

Решение. Сила F, с которой действует электрическое поле зарядов q1 и q2 на заряд q3 равна:

r r r F = F1 + F2

r r Так как угол между векторами F1 и F2 равен 90°, то | q1 || q 3 | = 9 ⋅ 10–5 Н, F = F12 + F22 . F1= k 2 r1

F = 81·10 10 + 16 ·10 –10 ·10 – H . В общем случае сила F находится по формуле: F2 = F12 + F22 + 2F ⋅ 1F2 ⋅ cosα, где α — угол между векторами сил F1 и F2.

Задачи для самостоятельного решения 1. Определить силу притяжения между ядром и электроном в атоме водорода. Диаметр атома водорода 10–8 см. Ответ: ≈9,2⋅10–8 Н. 2. Определить силу, которая действует на заряд +5⋅10–8 Кл, помещенный на середине расстояния между двумя зарядами +10–6 Кл и –2⋅10–6 Кл. Заряды находятся в вакууме на расстоянии 20 см. Ответ: 0,135 H. 3. Два разноименно заряженных шарика находятся в масле на расстоянии 5 см. Определить диэлектрическую проницаемость масла ε, если те же шарики

взаимодействуют с такой же силой в воздухе на расстоянии 11,2 см, ε воздуха = 1. Ответ: ε = 5. 4. Два одинаковых заряда находятся на расстоянии 10 см друг от друга и взаимодействуют с силой 9,8⋅10–5 H. Определить величину зарядов. Ответ: 1,03⋅10-8 Кл. 5. Два одинаковых проводящих шарика с зарядами –1,5⋅10–5 Кл и +2,5⋅10– 5 Кл вследствие притяжения соприкоснулись и вновь разошлись на расстояние 5 см. Определить заряд каждого шарика после соприкосновения и силу электрического взаимодействия между ними. Ответ: 0,5⋅10–5Кл; 90 Н. 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ

В пространстве вокруг заряженного тела существует электрическое поле. Основным свойством электрического поля является действие на заряды с некоторой силой. Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим, оно не изменяется со временем. Электрическое поле имеет две характеристики: силовую и r энергетическую. Силовой характеристикой является напряженность E . Напряженность поля в данной точке — векторная величина, численно равная силе, с которой поле действует на точечный положительный электрический заряд, помещенный в данную точку поля. r r F E= , q r где q — заряд, на который действует сила F . Для поля точечного заряда qо q0 · q q0 F B Вольт = k 2 , единица измерения [E ] = ). E= =k 2 ( q м метр r r q r E принимается направление вектора кулоновской силы За направление r F , которая действует на положительный (+q) электрический заряд, помещенный в данную точку поля.

• q0 r Вектор E совпадает по r направлению с F , если r q>0, и противоположно направлен, если q

поскольку Е1 и Е2 направлены в одну сторону: (q1 + q 2 ) 5 E = E1 + E 2 = k 2 = 9 ,9 ·10 ( В м ). ε ( r 2) 2. Электрическое поле создано зарядами q1 = 3⋅10–9 Кл и q2 = –10-8 Кл. Расстояние между зарядами r = 0,05 м. Определить напряженность Е в точке, находящейся на расстоянии r1 = 0,03 м от q1 и на r2 = 0,04 м от q2. (ε=l) (рис. 57). Дано:

q2 = –10 Кл r1= 0,03 м r2= 0,04 м r= 0,05 м Е–?

r r r E = E1 + E 2

Решение. Напряженность поля Е в точке А равна геометрической сумме напряженноr r стей E1 и E 2 полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности:

Модуль вектора E = E12 + E 22 + 2 E1 E 2 cosα , где α — угол между Е1 и Е2. Так как стороны треугольника равны 3,4 и 5 см и образуют прямоугольный треугольник, то α = 90°. E = E12 +E 22 = 1,1·10 4 (в/м).

Задачи для самостоятельного решения 1. На каком расстоянии от заряженного шара напряженность электрического поля в воде с ε = 81 будет такой же, как в вакууме на расстоянии 18 см от центра шара? Ответ: r = 0,02 м.

2. На заряд 2⋅10–7 Кл в некоторой точке поля действует сила F = 0,015 Н. Определить напряженность поля в этой точке. Ответ: Е = 7,5⋅104 В/м. 3. Поле в глицерине (ε = 50) образовано точечным зарядом 7⋅10–8Kл. Какова напряженность поля в точке, отстоящей от заряда на расстоянии 7 см? Ответ: Е= 2,6⋅103 В/м. 5. РАБОТА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ЗАРЯДА. РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ

На заряд в электрическом поле действует сила, которая при перемещении заряда совершает работу. Вычислим работу, совершаемую полем при перемещении положитель2 d1 1 ного заряда величиной q из точки 1 в точку 2 (рис. 58). Точка 1 расположена на расстоянии d1 от пластины С. r E D Если перемещение происходило по линии напряженности С поля на расстояние Δd = d1 – d2, то работа равна: Рис. 58 A = F(d1 – d2) = qE(d1 – d2) = –(qEd2 – qEd1). Величина этой работы не зависит от формы траектории, а по замкнутой траектории эта работа равна нулю. –

При перемещении заряда q из точки В в точку С силы электриВ С ческого поля совершили работу –А, то при перемещении заряда из точки С в точку В силы поля совершают работу –А (направление перемещения изменяется на 180°).

Величина WР = qEd — потенциальная энергия заряда в электрическом поле. В таком случае работа равна изменению потенциальной энергии с противоположным знаком: A = –(WР2 – WР1) = –ΔWР. Энергетической характеристикой поля является потенциал ϕ. Потенциал — физическая величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в WP поле к величине заряда: ϕ= , WP = qϕ. q Практическое значение имеет изменение потенциала, так как A= –(WP2 – WP1) = –q(ϕ2 – ϕ1) = –qΔϕ, где Δϕ — изменение потенциала. Разность потенциалов между двумя точками — называется напряжением (U). Напряжение равно: A U = ϕ1 – ϕ2 = . q Напряжение между точками — это отношение работы, совершаемой полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к величине этого заряда. Разность потенциалов измеряют в вольтах: [U ] = 1 В = 1 Дж/Кл. 1 В — это разность потенциалов между такими точками, если при перемещении заряда в 1 Кл совершается работа в 1 Дж. Связь между напряжением U и напряжённостью Е однородного электрического поля:

U = E ⋅ d, где d — расстояние между точками электрического поля (точки расположены на одной линии). Примеры решения задач: 1. Радиус водяной капли 1 мм. Найти потенциал капли, если ее заряд равен заряду 108 электронов.

Дано: r = 1 мм = 10–3м qe = 1,6 ⋅ 10–19Кл n = 108

Решение. Потенциал капли ϕ равен: 8 nq e q 9 10 ·1,6 ·10 ϕ= =k = 9·10 r 4 πε 0 r 10 3

ϕ–? 2. В двух вершинах равностороннего треугольника со стороной а = 0,5 м расположены два одинаковых положительных заряда q1 = q2 = q = 10–6Kл. Найти потенциал и напряженность электрического поля в третьей вершине треугольника (см. рис. 59). r E A Дано: Решение. r r a = 0,5 м Напряженность, создаваемая каждым E2 E1 –б q1 = q2 = q = 10 Кл зарядом в точке А равна: 8 А n = 10 Е1 = Е2 = кq/а2 = 36 (кВ/м). +q

Сложив по правилу параллелограмма векторы Е1 и Е2 найдем: ΚΒ 3 = 36 3 ( Μ ). Е = 2Е1 cos 30° = 2 ⋅ 36 2 Потенциал поля равен алгебраической сумме потенциалов каждого заряq q да в отдельности: ϕ = ϕ1 + ϕ2 = k + k =18 кВ + 18 кВ = 36 кВ. a a 3. Определить величину работы, которая совершается при перемещении заряда 4⋅10–9 Кл в однородном электрическом поле напряженностью 6⋅104 В/м на расстоянии 5 см. Дано: q = 4 ⋅ 10–9 Кл E = 6 ⋅ 104 В/м d = 0,05 м А–?

Решение. Работа при перемещении заряда в электрическом поле A = q ⋅ E ⋅ d = 10–9 ⋅ 6 ⋅ 104 ⋅ 5 ⋅ 10–2 = 1,2 ⋅ 10–5 (Дж).

6. ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ. КОНДЕНСАТОРЫ. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Физическая величина, которая характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд — электроемкость. Конденсатор — система из двух проводников (обкладок, пластин), разделенных слоем диэлектрика. Электроемкость конденсатора — это отношение заряда q одного из проводников конденсатора к разности потенциалов (напряжению) между ними: q ΚΛ C = , [C ] = 1 фарад = 1 . U Β Электроемкостью в 1 Ф обладает конденсатор, напряжение между обкладками которого равно 1 В при сообщении пластинам зарядов +1 Кл и –1 Кл. В практике используют такие единицы электроемкости: микрофарад (мкф) – 1 мкф =10–6 ф; нанофарад (нф) – 1 нф =10–9 ф; пикофарад (пф) – 1 пф =10–12 ф. У конденсаторов различной формы различна и формула для расчета емкости. Емкость плоского конденсатора (обкладки представляются собой пластины) равна: εε 0 S C= , d где ε — диэлектрическая проницаемость, S — площадь пластин, d — расстояние между пластинами. Потенциальная энергия WР конденсатора емкостью С, заряженного до напряжения U, равна: CU 2 q 2 qU = = . Wp = A = 2 2C 2 Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его пластинами обладает энергией. Примеры решения задач: 1. Определить емкость конденсатора, образованного двумя пластинами площадью 200 см2 каждая, между которыми находится листок слюды толщиной 0,1 см. Дано: Решение. 2 –2 2 –12 S =200 см =2⋅10 м ε ε 0 S 6·8,85·10 ·2·10 2 C= = =10,6·10 –10 Ф = 1060 пф . –3 d = 0,1 см = 10–3 м 10 d ε 0 = 8,85·10 –12 Ф/м ε = 6; С – ?

2. Конденсатор заряжен до разности потенциалов 600 В и отключен от источника тока. Определить разность потенциалов между пластинами конденсатора, если расстояние между ними уменьшено вдвое. Дано:

Разность потенциалов между пластинами равна: q U= . C

εε 0 S . При изменении расстояния d — изменяd ется емкость, а заряд остается неизменным: qd 1 qd U= ; U1 = . εε 0 S εε 0 S Разделим первое равенство на второе: U d 2d U 600 = = = 2 ⇒ U1 = = = 300 (B). U 1 d1 d 2 2 Емкость конденсатора C =

Задачи для самостоятельного решения 1. Конденсатор имеет ёмкость 25 пФ. Какой заряд находится на каждой из его обкладок (пластин), если разность потенциалов U = 1000 В? Ответ: q = 2,5⋅10–8 Кл. 2. Разность потенциалов между обкладками (пластинами) конденсатора изменилась на ΔU = 175 В. Площадь пластин 0,4 м2 каждая, они разделены бумагой (ε = 2,2) толщиной 0,08 мм. Определить изменение заряда конденсатора. Ответ: Δq = l,7⋅10–5 Кл. 3. Заряд плоского конденсатора с диэлектриком из слюды равен 2,7⋅10–4 Кл. Площадь каждой пластины 2500 см2, εслюды = 7. Найти напряженность поля в диэлектрике ε0 = 8,85 ⋅ 10–12 Ф/м. Ответ: Е =1,7⋅107 В/м. 4. Конденсаторы ёмкостью 10000 пФ и 1,5 пФ соединены параллельно. Каков заряд второго конденсатора, если заряд первого 2⋅10–6 Кл? (Примечание: при параллельном соединении разность потенциалов на конденсаторах равна). Ответ: 3⋅10–10 Кл. 5. Найти энергию электрического поля конденсатора ёмкостью 5 мкФ, заряженного до напряжения 5 В. Ответ: 6,25⋅10–5 Дж. Раздел VII. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. СИЛА ТОКА. ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

Упорядоченное движение электрических зарядов называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных зарядов. Сила тока — физическая скалярная величина I, равная отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени

Δt, к этому интервалу:

Δq . Δt Если сила тока со временем не изменяется, электрический ток называется постоянным током. Единица измерения силы тока: [I] = 1 A. 1 Ампер — сила такого тока, когда через поперечное сечение проводника за 1 с протекает заряд 1 Кл (определение 1 А дано в справочных сведениях пособия). R Рассмотрим участок электрической цепи (рис. 60): А — амперметр измеряет силу тока через A I проводник R; V — вольтметр измеряет разность потенциалов на концах проводника. Оказалось, что отV ношение напряжения U на концах проводника к силе тока I в цепи, есть величина постоянная. Рис. 60 U = R; R — сопротивление проводника. I Единицей измерения R является Ом. Электрическим сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В. 1 Ом = 1 В/1 А. Сопротивление проводника зависит от материала и его геометрических размеров: l R=ρ , S где ρ — удельное сопротивление (зависит от рода вещества, его температуры), l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения. I=

Сила тока прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению R участка цепи — закон Ома для участка цепи. I =U / R. С изменением температуры сопротивление проводника изменяется: R = R0 (1 + αΔt), где R — сопротивление при температуре t, R0 — сопротивление при 0°С, α — температурный коэффициент сопротивления. 2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

При последовательном соединении проводников конец первого проводника соединяется с началом второго (рис. 61). При последовательном соединении: U2 U1 1) сила тока в проводниках одинакова: I1 = I2 = I; R1

2) напряжение на концах цепи равно сумме напряжений на всех последовательно включенных проводниках: U = U1 + U2. (1) По закону Ома для участка цепи: (2) U1 = IR1; U2 = IR2 и U = IR, где R — полное сопротивление участка цепи. Из формул (1) и (2) имеем: IR = IR1 + IR2 = I (R1 + R2); таким образом R = R1 + R2. Если последовательно соединены n проводников, имеющих одинаковое сопротивление, то R = nR1. Так как I1 = I2, a U2 U2 U1 U1 U 1 R1 I1 = и I2 = , то = или = . R1 R2 R1 R2 U 2 R2 Напряжения прямо пропорциональны сопротивлениям проводников при последовательном соединении. При параллельном соединении проводников их начала и концы имеют общие точки подключения к источнику тока (рис. 62). 1) при этом напряжение U на всех проводниках I одинаково: U1 = U2 = U; R1 R2 2) сила тока в неразветвленной части цепи равI1 I2 на сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках: Рис. 62 I = I1 + I2. По закону Ома для участка цепи: U U U I1 = , I2 = , I= . R1 R2 R U U U 1 1 1 . = + = + R R1 R 2 R R1 R 2 R1 R 2 R= , R — общее сопротивление. R1 + R 2 При параллельном соединении n одинаковых проводников R1 n 1 1 1 1 R= , . = + + . + = n R R1 R1 R1 R1 По закону Ома для участка цепи U1 = I1R1, U2 =. Так как напряжение U на всех проводниках одинаково: U1 = U2, то I1R1 = I 1 R2 I2R2 ⇒ = . I 2 R1 Силы токов, текущих по проводникам, обратно пропорциональны сопротивлениям этих проводников. Примеры решения задач:

1. Параллельно включены три сопротивления R1 = 4 Ом, R2 = 5 Ом, R3 = 2 Ом. Определить общее сопротивление цепи, напряжение на концах цепи, ток в каждом проводнике, если ток в общей части I = 5 А (см. рис. 63). Дано: R1 = 4 Ом R2 = 5 Ом R3 = 2 Ом I=5A

Решение. Общее сопротивление участка цепи при параллельном соединении: 1 1 1 1 = = = = R R1 R 2 R3 1 1 1 19 20 = + + = , R = = 1,05 Ом. 4 5 2 20 19

U U U , I2 = , I3 = . R1 R2 R3 5,25 I1 = ≈ 1,31 А; I2 = 1,05 А; I3 = 2,62 А. 4

2. Чему равно сопротивление провода из алюминия, если диаметр провода 2 мм, масса — 10 кг? Дано: d = 2 мм = 2⋅10–3 м m = 10 кг ρпл = 2,7⋅103

Решение. m l R = ρ уд , масса m = ρ пл ·V = ρ пл ·S ·l ⇒ l = , S ρ пл ·S πd 2 , подставим в формулу сопротивления с учетом S = 4 m m·16 тогда R=ρуд = ρ = уд ρ пл ·π 2 ·d 4 ρ пл ·S 2 2,8 · 10 –8 2 ,8 · 10 – 8 ·10 · 16 = 1,05 Ом . = = 2 ,7 ·10 3 · (3,14) 2 · 16 · 10 –12 26,62 · 10 – 8 ρуд — удельное сопротивление алюминия; ρпл — плотность алюминия.

Задачи для самостоятельного решения 1. Какое напряжение надо приложить к концам железного проводника длиной 30 см и площадью поперечного сечения 1,5 мм2, чтобы получить ток силой 10 А? ρFe = 10–7 Ом ⋅ м. Ответ: U = 0,2 В. 2. Как изменится сопротивление проводника, если его длину и площадь сечения: а) уменьшить в 2 раза; б) увеличить в 2 раза?

3. В цепь включены параллельно 4 лампы, каждая с сопротивлением 330 Ом. Ток в лампе 0,3 А. Определить ток, текущий в неразветвленной части цепи и сопротивление группы ламп. Ответ: 1,2 А; 82,5 Ом. 4. Определить общее сопротивление четырех проводников R1 = R2 = R3 = = R4 = 4 Ом, соединенных между собой по схеме (рис. 64): Ответ: 10 Ом. 1 2

3. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ. РАБОТА И МОЩНОСТЬ ТОКА

Работа и мощность электрического тока Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. При перемещении этих частиц электрическое поле совершает работу, которую называют работой тока. Работа А сил электрического поля (работа тока) на участке цепи с электрическим сопротивлением R за время Δt равна: A = Δq ⋅ U, т. к. Δq = I ⋅ Δt, то A = IU ⋅ Δt = I2 ⋅ R ⋅ Δt. Единица измерения работы — Джоуль (Дж). Мощность электрического тока равна отношению работы тока А ко времени Δt, за которое эта работа совершена: A U2 2 P= = IU = I R = . Δt R 1 Дж , 1 кВт = 103 Вт, Мощность измеряется в ваттах [P] = 1 Вт, 1 Вт = 1с 6 1 МВт = 10 Вт. Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят химические превращения вещества, то участок нагревается. При этом работа тока равна количеству теплоты, которое выделяет проводник с током:

A = Q = I2 ⋅ R ⋅ Δt

Электродвижущая сила Для того, чтобы существовал ток в проводнике, необходимо наличие электрического поля. Приборы, которые обеспечивают существование в проводнике разности потенциалов, называют источниками тока. В них, благодаря сторонним силам, происходит разделение зарядов за счет химических, электромагнитных и иных явлений и перемещение их в направлении, противоположном действию электрических сил.

Количественная характеристика источника тока — электродвижущая сила ℰ — ЭДС. Электродвижущая сила равна отношению работы, совершаемой сторонними силами по перемещению заряда по замкнутой цепи, к величине этого заряда. AcΤ ℰ= . q Единица измерения ЭДС — вольт. Закон Ома для полной цепи Пусть имеем замкнутую цепь (рис. 65), которая состоит из источника и потребителя энергии, сопротивление ко-

торого равно R. Источник тока имеет ЭДС ℰ и r — внутреннее сопротивление, R — внешнее сопротивление. Работа сторонних сил по перемещению заряда Δq по проводнику за время Δt равна:

Aст = ℰ ⋅ Δq = ℰ I ⋅ Δt. При этом на внешнем сопротивлении R и внутреннем r выделяется тепло, которое можно определить по закону Джоуля-Ленца. Q = I 2 ⋅ R ⋅ Δt + I 2 ⋅ r ⋅ Δt. По закону сохранения энергии Aст = Q. ℰ ⋅ I ⋅ Δt = I2 ⋅ R ⋅ Δt + I2 ⋅ r ⋅ Δt.

— закон Ома для полной цепи. R+r Сила тока в полной цепи равна отношению электродвижущей силы источника тока к полному сопротивлению цепи. Внутреннее сопротивление источника тока r мало и когда R⇒0, ток может достигать больших значений и называется током короткого замыкания IК.З: IК.З = ℰ/r. Примеры решения задач: 1. Аккумулятор с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом питает внешнюю цепь сопротивлением 12,4 Ом. Какое количество теплоты Q выделится за время t = 10 минут во всей цепи?

Дано: ℰ= 6 В r = 0,1 Ом R = 12,4 Ом t = 10 мин = 600 с Q–?

Решение. Количество теплоты определим из формулы закона Джоуля-Ленца: Q = I2 ⋅ R ⋅ t. На внешнем сопротивлении R выделяется тепло Q1 Q1 = I2 ⋅ R ⋅ t; на внутреннем сопротивлении r:

Силу тока находим по закону Ома для полной цепи: ε 2 ⋅t ε I= , Q = Q1 + Q2 = I2 (R + r) t = R + r = 1728 (Дж). R+r 2. Определить ток короткого замыкания батареи о ЭДС 12 В, еcли при подключении к ней сопротивления 2 Ом ток в ней равен 5 А? Дано: ℰ=12 В R=2 Ом I=5 А

Решение. Из закона Ома для полной цепи I = противление r =

определим внутреннее со-

. Тогда ток короткого замыкания равен:

Задачи для самостоятельного решения

1. Чему равна сила тока при коротком замыкании аккумулятора с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 0,01 Ом? Ответ: 1200 А. 2. Две проволоки из никеля и алюминия одинакового сечения и длины включены последовательно. В какой проволоке выделится больше энергии? ρNi = 0,4 ⋅ 10–6 Ом ⋅ м, ρАl = 0,029 ⋅ 10–6 Ом ⋅ м. 3. Определить напряжение на выходе источника постоянного тока с ЭДС 20 В, внутренним сопротивлением 2 Ом при подключении внешнего сопротивления 8 Ом. Ответ: 16 В.

Раздел VIII. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАГНИТНОГО ПОЛЯ. МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ. ЗАКОН АМПЕРА

Между неподвижными зарядами действует сила, величина которой определяется законом Кулона. В пространстве, окружающем непод-

вижный заряд, возникает электростатическое поле. Покоящиеся заряды взаимодействуют посредством электрического поля. При движении зарядов возникает еще и магнитное взаимодействие, которое осуществляется магнитным полем. Магнитное поле порождается движущимися зарядами. Возникшее поле действует на другие движущиеся заряды. Магнитное поле в данной точке пространства хаI рактеризуется величиной — магнитной индукции поля r B . Магнитное поле можно изобразить с помощью линий магнитного поля. Касательная к этой линии в кажr дой точке совпадает с вектором магнитной индукции B . Магнитное поле прямолинейного проводника с током (рис. 66). r Рис Направление линий магнитной индукции B можно определить с помощью правила буравчика: если ввинчивать буравчик по направлению тока, то вращение рукоятки покажет направление линий поля. Здесь линии поля — окружности. Магнитное поле на оси катушки с током однородное (когда длина катушки — соленоида значительно Рис.

больше ее диаметра). Магнитное поле называют однородным, если линии индукции параллельны и вектор индук-

ции имеет одинаковое значение по модулю (рис. 67). Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называr r ется силой Ампера — F A : FA = IBl sinα, B где I — сила тока в проводнике, В — индукция магнитного поля, l — длина проводника, α — угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции В. r Направление вектора силы Ампера F A определяется правилом левой руки (рис. 68). Расположим левую руку так, чтобы четыре r пальца совпадали с направлением тока в проводнике. Вектор индукции B входит перпендикулярно в плоскость ладони. Тогда большой палец, отогнутый в плоскости ладони под прямым углом к осr тальным пальцам, укажет направление вектора FA силы Ампера.

МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ДВИЖУЩИЙСЯ ЗАРЯД. СИЛА ЛОРЕНЦА

Найдем силу, которая действует на электрический заряд q при его движеr нии в однородном магнитном поле с индукцией B . Сила тока: I = qnvS, где q — заряд одной частицы, n — концентрация частиц, v — скорость движения частиц, S — площадь поперечного сечения проводника. Подставим I в формулу для силы Ампера: F = IBlsinα = qnvsBlsinα, т. к. nSl = N (N — число заряженных частиц в проводнике длиной l), то Fл = qvBsinα — сила Лоренца, действующая со стороны магнитного поля на одну заряженную частицу, которая движется со скоростью v под углом α к вектоr ру индукции Br. Направление вектора силы Лоренца — Fл опr v (+q) ределяется правилом левой руки (см. рис. 69). Распоr ложим левую руку так, чтобы вектор индукции B входил в плоскость ладони перпендикулярно. Распрямим r четыре пальца и направим вдоль вектора v скорости движения положительного заряда +q. Тогда отогнутый под прямым углом в плоскости rладони большой палец укажет направление вектора Fл силы Лоренца. Для r Рис. 69 отрицательного заряда направление вектора силы Fл будет противоположным. Примеры решения задач: 1. Определить силу, которая действует на проводник длиной 20 см. Проводник помещен в магнитное поле с индукцией 5 rТл. Сила тока в проводнике 10 А и он образует угол 30° с направлением поля ( B ).

Дано: l = 20 см = 0,2 м В = 5 Тл I = 30 А α = 30о

Решение. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле F = BIlsinϕ = 5 ⋅ 10 ⋅ 0,2 ⋅ 1/2 =5 (Н).

F=? 2. Электрон влетает в однородное магнитное поле в вакууме со скоростью v = 107 м/с, которая направлена перпендикулярно к линиям индукции магнитного поля, определить радиус траектории движения электрона в магнитном поле, если модуль вектора магнитной индукции В = 5 ⋅ 10–3 Тл. Решение.

На электрон в магнитном поле действует сила Лоренца: Fл = e ⋅ v ⋅ B, (где е — заряд электрона). Так как эта сила перпендикулярна v — скорости электрона, то она не совершает работу. Значит Eк энергия электрона не меняется и модуль его скорости остается постоянным. Под действием

Fл электрон приобретает центростремительное ускорение ац и движется по окружности радиуса R. По второму закону Ньютона: Fл = m ⋅ ац, где ац = v2/R, mv 2 mv e⋅v⋅B= → R= = 1,1·10 – 2 R e·B (м).

Задачи для самостоятельного решения 1. С какой силой действует магнитное поле с индукцией 1,5 Тл на проводник длиной 30 см, расположенный перпендикулярно вектору индукции В? Сила тока в проводнике 2 А. Ответ: 0,9 Н.

2. Проводник длиной l = 0,15 м с током I = 8 А перпендикулярен вектору В, модуль которого равен 0,4 Тл. Найти работу, которая была совершена при перемещении проводника на 0,025 м в направлении действия силы Ампера. Ответ: 0,012 Дж. 3. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 10–5 Тл r со скоростью 2⋅106 м/с перпендикулярно вектору B индукции. Определите радиус R окружности траектории движения электрона в магнитном поле и период Т его обращения по окружности. Ответ: ≈1,14 м; 3,6⋅10–6 с. 3.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МАГНИТНЫЙ ПОТОК.

ИНДУКЦИЯ. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ПРАВИЛО ЛЕНЦА

В 1831 г. Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает электрический ток — индукционный ток. Индукционный ток возникает в катушке (рис. 70) из проволоки при внесении магнита в катушку или при вынесении магнита из катушки. Явление возникновения ЭДС в проводящем контуре при изменении n магнитного поля, через него, называB Рис. 70 ется электромагнитной индукцией. α Появление тока говорит о возникновении электродвижущей силы индукции — ЭДС индукции. Магнитный поток Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S (рис. 71) называют величину Ф = BSсosα, где В — модуль вектора магнитной индукции, α — угол между В и нормалью к поверхности. Единица магнитного потока — (1 Вб).

Закон электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: ΔФ . ℰi = – Δt Знак «–» в этой формуле означает, что ЭДС индукции вызывает индукционный ток, магнитное поле которого противодействует изменению магнитного ΔΦ > 0, ЭДС индукции ℰi n2, (например, из стекла в воздух), при постепенном увеличении угла падения можно достигнуть такого его значения α0, при котором угол преломления станет равβ0 = 900 ным β0 = 90° (см. рис. 78). При угле падения >α0 весь свет будет полностью отражаться назад в Р 78 первую среду. Это явление называется полным внутренним отражением света. Угол падения α0, при котором наступает полное отражение света, называется предельным углом полного отражения. Этот угол находят из условия: n2 sin α 0 = . n1 Полное отражение света наблюдается при углах падения, больших или равных предельному углу полного отражения α0. Пример решения задачи: 1. Свет падает из воздуха на гладкую поверхность воды под углом α=30°. Найти угол преломления β. Может ли в этом случае наблюдаться полное отражение света? Дано: Решение. Показатель преломления воздуха n1 = 1, а воды n2 = 1,33. Следоваα = 30° тельно n1F) и мнимое изображение (при d2F действительное изображение получается уменьшенным (Г1). Если предмет расположен между фокусом и центром собирающей линзы (d0) и слева (k λ > 1 мм) квантовые свойства выражены очень слабо. У электромагнитных волн инфракрасного (1 мм > λ ≥ 760 нм) и особенно видимого (760 нм ≥ λ ≥ 400 нм) и ультрафиолетового диапазонов (400 нм ≥ λ ≥ 80 нм) квантовые свойства выражены также хорошо, как и волновые свойства. А электромагнитные волны рентгеновского диапазона (80 нм > λ >10–12 нм) и γ -лучи ( λ U1, все фотоэлектроны достигнут анода, и фототок достигнет максимального значения Iнас. 2. Увеличить ток насыщения можно только путем увеличения количества световых квантов, падающих на фотокатод за 1 сек, т. е. увеличивая световой поток Ф, падающий на катод. Это выражается законом Столетова: величина тока насыщения Iнас прямопропорциональна световому потоку Ф (Вт), падающему на фотокатод:

3. Если на освещаемый электрод подать «+», а на противоположный ему «–», то электрическое поле будет тормозить фотоэлектроны и фототок начнет уменьшаться ниже I0 (см. рис. 90). При напряжении U3, которое называется задерживающим напряжением, ток в цепи прекращается (I=0). Это напряжение U3 найдем из условия, что при I=0 работа электрического поля по торможению фотоэлектронов равна их кинетической энергии: m v2 eU 3 = . 2 mv 2 = hν – Авых, получим: Учитывая, что 2 hν – Авых . e Из последнего выражения следует, что величина задерживающего поU3 =

тенциала прямопропорциональна частоте падающего света U3 ~ ν.

4. Из уравнения Эйнштейна видно, что световой квант hν может выбить электрон из металла только, если hν > Авых. Красная граница фотоэффекта — это минимальная частота (максимальная длина волны), при которой еще наблюдается фотоэффект: Авых с hc ν kp = , λкр= = . h ν кр Aвых Для каждого металла существует своя «красная граница» фотоэффекта, и если частота падающего света меньше «красной границы», то фотоэффект не наблюдается. В заключение отметим, что у большинства металлов красная граница фотоэффекта лежит в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, поэтому внешний фотоэффект хорошо наблюдается в видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах и не наблюдается в среднем и дальнем инфракрасном и в радиодиапазонах электромагнитных волн. Явление фотоэффекта нашло широкое применение в технике, в светоизмерительной и другой аппаратуре. Задачи для самостоятельного решения

1. На стеклянную пластинку с показателем преломления n=1,5 падает луч света. Найти угол падения луча, если угол между отраженным и преломленным лучами равен 90°. Ответ: α = 56,3°. 2. Определите показатель преломления и скорость света в среде, если при падении на нее луча света из воздуха под углом 54° угол преломления равен 30°. Ответ: n = 1,618, v = 1,854⋅108 м/с. 3. Луч света падает из воздуха на лед под углом 45° и преломляется под углом 30°. Определить показатель преломления льда и предельный угол полного отражения для этих сред. Ответ: n = 1,414; α0 = 45°. 4. Предельный угол полного отражения на границе вещества и воздуха равен 42°. Определить скорость света в этом веществе. Ответ: v = 2,0074⋅108 м/с. 5. Расстояние от предмета высотой 20 см до собирающей линзы равно 15 см. Фокусное расстояние линзы 10 см. Определить размер изображения и расстояние от него до линзы. Ответ: Н = 40 см; f = 30 см. 6. Расстояние между предметом и экраном 3,2 м, фокусное расстояние линзы 0,6 м. Определите оптическую силу линзы и на каком расстоянии от предмета надо установить линзу, чтобы получить четкое его изображение, увеличенное в 3 раза? Ответ: D = 1,67 дптр; d = 0,8 м.

7. Определить постоянную дифракционной решетки, если при освещении ее светом с λ = 656 нм второй максимум виден под углом 30°. Ответ: С = 2,624 мкм. 8. Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта для хромистого серебра, равна 3⋅10–7 м. Найти работу выхода электронов. Ответ: A = 6,62⋅10–19 Дж. 9. Красная граница фотоэффекта для калия равна 6,2⋅10–7 м. Найдите работу выхода электронов из калия и величину задерживающего потенциала для фотоэлектронов при облучении калия светом с длиной волны 3,3⋅10–7 м. Ответ: А =3,2⋅10–19 Дж, U3 = 1,76 В. Тест-задания по теме «Оптика»

1. Найдите скорость света в алмазе, если его абсолютный показатель преломления n = 2,3. б) 130,43 км/с; в) 1,3043⋅108 м/с; г) 6900 км/с. а) 690⋅108 м/с; 2. Зависит ли скорость света в веществе (например, в стекле) от частоты и длины волны света? а) не зависит; б) зависит только от частоты; в) зависит только от длины волны; г) зависит и от частоты, и от длины волны. 3. Полное отражение света возможно только при следующих условиях: б) n1n2/n1; a) n1n2/n1. 4. Собирающая линза дает действительное увеличенное изображение: г) при d2F; б) d = 2F; в) FЕ2 и т. д. На рис. 93 трем энергетическим состояниям соответствуют три уровня энергии. E3

поглощение энергии hν1,3

излучение кванта hν1,3

поглощение энергии hν1,2

излучение кванта hν1,2

Для того, чтобы энергия атомной системы увеличилась, например, от значения Е1 до значения E2, атому необходимо получить количество энергии hν1,2 = E2 – E1. Эта добавочная энергия может быть получена атомом, например, при поглощении кванта света с частотой hν1,2. Таким образом, при поглощении энергии, атом из основного состояния переходит в возбуждённые. На рис. 94 эти переходы показаны стрелками, направленными вверх. Излучение энергии атомом, происходит в обратном процессе. Если атом переходит из возбужденного состояния (например, с энергией Е3 или Е2) в основное с энергией Е1, то он испускает кванты электромагнитного излучения с энергиями hν1,3 и hν1,2. Каждый атом может иметь только строго определенные значения энергии. Поэтому, для каждого вида атомов существует только строго определенные переходы между различными энергетическими состояниями. Следовательно, излучение атомных систем состоит из набора квантов определенных частот. Спектры излучения и поглощения атомов являются линейчатыми. У молекул число возможных энергетических состояний намного больше, чем у атомов. Кроме того, разница в энергиях различных состояний у молекул мала. Поэтому энергии поглощаемых или излучаемых молекулами квантов, в некотором диапазоне мало отличаются между собой. Отдельные линии излучения и поглощения сливаются между собой. Спектры молекул представляют не отдельные линии, а полосы поглощения или излучения. Определив, какие частоты излучения поглощает или испускает вещество, можно установить его состав. На этом принципе основан метод изучения состава вещества, который называется спектральным анализом. Примеры решения задач: 1. Вычислить силу кулоновского притяжения между электроном и ядром в атоме водорода, находящемся в невозбужденном состоянии. Решение. Силу взаимодействия найдем из закона Кулона: F =k

Для атома водорода заряд q1 по величине равен заряду электрона:

q1 = q 2 =1,6 ⋅10 −19

Кл. Расстояние r в этом случае равно радиусу атома водорода: r = 5 ⋅ 10–11м. Следовательно: 2 9 ⋅10 9 ⋅ (1,6 ⋅10 −19 ) F= = 9 ⋅ 10 −8 − 22 25 ⋅10 Н. 2. При переходе в атоме водорода с четвертой стационарной орбиты на вторую, энергия атома уменьшается на 4,04 ⋅ 10–19 Дж. Определите длину волны излучения, возникающего при этом переходе. Дано: Решение. –19 ΔЕ = Е4 – Е2 = 4,04 ⋅ 10 Дж Потерянная атомом энергия излучается в виде электромагнитной волны с энергией кванта: λ=? hν = E4 – E2. Длина волны связана с ее частотой соотношением: c λ = , где с — скорость света. υ hc Следовательно, = ΔE . λ Отсюда: hc 6 ,6 ·10 –34 3 ·10 8 λ= = = 4,9 ·10 – 7 м = 490 нм. 19 ΔE 4,04 ·10 Задачи для самостоятельного решения

1. При облучении паров ртути электронами, атомы ртути возбуждаются и их энергия увеличивается на 7,8 ⋅ 10–19 Дж. Какова длина волны излучения, которое испускают атомы при переходе в невозбужденное состояние? Ответ: ∼250 нм. 2. В спектре излучения натрия наблюдается яркая жёлтая линия с длиной волны 589 нм. На сколько изменяется энергия атома натрия при излучении кванта этого света? Ответ: 3,36 ⋅ 10–19 Дж. 3. СОСТАВ ЯДРА АТОМА

Как и атомы, ядра имеют сложное строение. Они состоят из элементарных частиц, называемых нуклонами. Нуклоны подразделяются на протоны и нейтроны. Протон имеет массу, близкую к одной атомной единице массы. Заряд протона равен по величине и противоположен по знаку заряду электрона. Нейтрон не имеет заряда, его масса примерно равна массе протона. Электрический заряд ядра qя определяется числом протонов Z, входящих в состав ядра и может быть определен по порядковому номеру элемента в таблице Менделеева:

qя = Z ⋅ е, где е = 1,6 ⋅ 10 Кл — положительный заряд протона. Массовое число (А) — определяется числом нуклонов в ядре: А = Z + N, где Z — число протонов, N — число нейтронов. Символическая запись ядра элемента: ZA X . Нижний индекс у элемента означает порядковый номер Z, верхний — массовое число А. Радиус ядра (R) зависит от массового числа и может быть вычислен (в метрах) по приближенной формуле: R = 1,5 ·10 –15 3 A . Нуклоны в ядре связаны особыми ядерными силами, которые превышают силы электростатического отталкивания между протонами и обеспечивают ядру достаточную устойчивость. Ядерные силы обладают особыми свойствами: 1. Короткодействие. Они действуют только на расстояниях порядка размеров самого ядра. 2. Сильнодействие. Они на несколько порядков выше, чем силы любых известных в природе взаимодействий. 3. Зарядовая независимость. Силы ядерного взаимодействия между двумя протонами такие же, как и между двумя нейтронами или между нейтроном и протоном. 4. Насыщение. Каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом окружающих его нуклонов. Устойчивость атомных ядер зависит от общего числа нуклонов в ядре, а также от соотношения числа нейтронов и протонов N/Z. Наиболее устойчивы ядра с небольшим числом нуклонов и значением N/Z=1. При увеличении общего числа нуклонов в ядре и превышении числа нейтронов над протонами (N/Z>1,6) устойчивость ядра ослабляется и может происходить его самопроизвольный распад. Действия ядерных сил обуславливает наличие определенной энергии связи (Есв) нуклонов в ядре. Эта энергия, которая выделяется при образовании ядра из свободных нуклонов, или, соответственно, энергия, необходимая для разрушения ядра действием внешних сил. Из соотношения Эйнштейна между массой и энергией при выделении энергии связи должно происходить уменьшение массы покоя частиц: ЕСВ = ∑mc2 – ∑Mc2, где Мя — масса ядра, m — масса нуклона, с — скорость света в вакууме. Таким образом, масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов и эта разница определяется величиной энергии связи. Удельная энергия связи (εсв) представляет среднее значение энергии связи, приходящееся на один нуклон: εсв = Есв/А. Она имеет максимальное значение для ядер с числом нуклонов А = 50–60. Для более легких элементов она резко уменьшается. Для более тяжелых также происходит ее уменьшение. Отсюда возникают две возможности высвобожде–19

ния и использования ядерной энергии: первая — цепная ядерная реакция, при которой происходит деление ядра тяжелого элемента (например, 235 92 U) c образованием более устойчивых ядер и выделением энергии, вторая – реакция ядерного синтеза легких элементов, сопровождающаяся образованием более устойчивого ядра большей массы и выделением энергии. 4. РАДИОАКТИВНОСТЬ. АЛЬФА-, БЕТА- И ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиоактивностью называют самопроизвольный распад ядер с образованием других ядер и испусканием элементарных частиц. Различие в свойствах этих В частиц было обнаружено в опытах, А основа которых схематически покаC фотопластинка зана на рис. 94. Различные радиоакγ β α тивные препараты помещались в свинцовый цилиндр с толстыми стенками. Радиоактивное излучение от препарата проходило через сильное магнитное поле и попадало на фотопластинку. Когда магнитное препарат поле отсутствовало, на фотопластинке получалось одно темное пятР 94 но, расположенное напротив оси цилиндра в точке А. Если же магнитное поле действовало, то на фотопленке для различных препаратов возникали и другие темные пятна, расположенные в стороне от направления оси цилиндра (точки В и С). Это значит, что магнитное поле различным образом действует на возникающие при радиоактивном распаде частицы. Та часть радиоактивного излучения, которая не отклоняется магнитным полем, представляет собой весьма короткие электромагнитные волны длиной 10–11–10–13 м. Их назвали γ-лучами. Другая составляющая, отклонялась магнитным полем так, как отклоняются в нем отрицательно заряженные частицы. Ее назвали β-излучением, которое представляет собой поток электронов. На третью составляющую магнитное поле действовало так, как оно действует на движущиеся положительные заряды. Эта составляющая получила название альфа-излучения, которое представляет собой поток ядер гелия. Альфа-частица (ядро атома гелия) содержит два протона и два нейтрона, то есть она имеет положительный заряд, равный по величине двум зарядам электрона. Масса альфачастицы равна четырем атомным единицам массы. Указанные виды радиоактивных излучений сильно отличаются по своей способности поглощаться в различных веществах. Альфа-частицы обладают малой проникающей способностью — они полностью поглощаются листом тонкой бумаги или слоем воздуха, толщиной около 7 см. Бета-частицы проникают в вещество намного больше — они полностью поглощаются, например, слоем алюминия толщиной в несколько миллиметров. Гамма-лучи веществами поглощаются слабо и проходят через довольно толстый слой свинца.

5. ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

Для каждого распадающегося ядра, существуют только свои строго определенные виды частиц, которые возникают при его распаде. В зависимости от природы возникающих частиц выделяют несколько видов распада. Альфа-распад. ВA этом виде распада ядро испускает альфа-частицу. Обозначим ядро элемента Z X , где Z — число протонов, А — массовое число. На основании законов сохранения заряда и массового числа запишем схему превращений распадающегося ядра: A Z X

A–4 Y + 4 α.. 2 Z –2

Таким образом, при альфа-распаде из ядра элемента Х образуется ядро нового элемента Y. У этого нового ядра число протонов на две единицы, а массовое число на четыре единицы меньше, чем у исходного ядра. Кроме того, при альфа-распаде может возникать и гамма-излучение. Примером альфа-распада может служить превращение плутония 239 94 Pu в 4 → 235 92 U + 2 α + γ . Бета-распад. Этот распад может происходить с испусканием либо электрона, либо позитрона. Масса и величина заряда у позитрона такие же, как у электрона, только знак заряда положителен. Электрон обозначен символом –01 β ,

а позитрон — +01 β . Верхний индекс обозначает массовое число. Для электрона и позитрона масса крайне мала по сравнению с массой нуклона. Поэтому массовое число для них принято считать равным нулю. Схема превращения распадающегося ядра Х при электронном β-распаде может быть представлена следующим образом: A Z X

В этом случае образуется ядро атома нового элемента Y, у которого заряд ядра на одну элементарную единицу заряда больше, чем у распадающегося ядра X. При позитронном β-распаде из закона сохранения заряда следует следующая схема превращений: A Z X

Образуется новое ядро, у которого заряд на одну электронную единицу меньше, чем у распадающегося ядра. Оказывается, что при всех видах бета-распада возникают еще и другие частицы. Они не имеют заряда и имеют крайне малую (практически не измеряемую) массу. Они получили название нейтрино и антинейтрино. Обнаружить эти частицы крайне сложно из-за их огромной проникающей способности. Кроме того, во многих случаях бета-распада возникает и гамма-излучение. Пример электронного бета-распада — превращение радиоактивного 90 90 90 0 стронция 90 38 Sr в иттрий 39 Y : 38 Sr → 39 Y + –1 β .

Пример позитронного бета-распада — превращение радиоактивного 30 фосфора 30 15 Р в кремний 14 Si : 30 15 P

30 0 14 Si + +1 β .

6. ОСНОВНОЙ ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

Для отдельно взятого ядра радиоактивного атома невозможно указать время, в течение которого оно распадется. Радиоактивный распад — это случайный процесс. Но если распадающихся ядер много, то можно получить закон, который показывает зависимость числа еще не распавшихся ядер от времени. Обозначим число ядер в начальный момент времени (t=0) через N0. Тогда через время t число не распавшихся ядер будет равно: N = Noe–λ t. Эта формула и представляет собой основной закон радиоактивного распада. Коэффициент λ зависит от вида распадающихся ядер и называется постоянной радиоактивного распада. Этот коэффициент измеряется в единицах, обратных времени (с–1, мин–1, год–1 и т. п.). Из приведенной формулы видно, что число не распавшихся ядер уменьшается со временем по экспоненциальному закону. СКОРОСТЬ ЭТОГО ПРОЦЕССА ЗАВИСИТ ОТ ЗНАЧЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ РАСПАДА ДЛЯ ДАННОГО ВИДА ЯДЕР. НА РИС. 94 ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА ПРОИЛЛЮСТРИРОВАН ГРАФИКОМ.

Для характеристики скорости распада вводится величина, называемая периодом полураспада — это N0/2 время, за которое распадается половина радиоактивных ядер. Период полураспада Т может быть определен по графику, представленному на рис. 95. Между постоянной радиоактивного распада λ и T t периодом полураспада Т легко установить простую Рис. 95 ln 2 0 ,693 = T= . связь: λ λ Значения периода полураспада для различных радиоактивных ядер изменяются в очень широких пределах. Например, для 42К он составляет 12,4 часа, а для 239Рu около 24000 лет. Примеры решения задач: 1. За 10 суток число не распавшихся ядер некоторого элемента уменьшилось в 2,7 раза. Найти период полураспада.

Дано: t = 10 суток, N0/N = 2,7 = е Т=?

Запишем закон радиоактивного распада: N0 = e λt N = N0e–λ t ⇒ N

0,69 и подставим численное значение: T 0 ,69·10 e T

. e= Прологарифмируем левую и правую часть полученного равенства: 0 ,69 ·10 lne . lne = T Ответ: период полураспада Т = 6,9 суток. 60 2. Радиоактивный кобальт 27 Со распадается с испусканием электрона и гамма-кванта. Какой элемент при этом образуется? Приведите схему радиоактивного распада. Решение. Из законов сохранения энергии заряда и массового числа следует следующая схема распада: 60 60 0 0 27 Со ⇒ 28 Х + –1 β + 0 γ .

Из таблицы Менделеева

60 60 28 X = 28 Ni .

Образуется никель. Задачи для самостоятельного решения 1. В результате радиоактивного распада 137 55 Cs возникают электроны и гамма-излучение. Какой новый элемент при этом образуется? Приведите схему радиоактивного распада. 2. Какой элемент образуется при альфа-распаде радия 226 88 Ra ?

3. Период полураспада 131 53 J равен 8 сут. Какая часть ядер распадается за 11,6 сут? 4. Какой элемент образуется из 90 38 Sr после двух электронных бетараспадов? Приведите схемы этих распадов. 5. Постоянная радиоактивного распада для некоторых элементов равна 0,5 сут–1. Сколько процентов ядер этого элемента останутся нераспавшимися через 4 сут? Ответ: ≈14 %. Тест-задания по теме «Атом и атомное ядро»

1. Атом поглощает квант ультрафиолетового излучения и переходит в возбужденное состояние. При этом его энергия: а) такая же, как и в невозбужденном состоянии; б) такая же, как и при поглощении кванта видимого свет; в) больше, чем его энергия в невозбужденном состоянии и больше, чем при поглощении кванта видимого света;

г) меньше, чем в невозбужденном состоянии. 2. Атомы излучают свет: 1) при переходе из первого возбужденного состояния в основное (невозбужденное); 2) при переходе из второго возбужденного состояния в основное. Длина волны излучения: а) больше в первом случае; б) больше во втором случае; в) в обоих случаях одинакова; г) ни один из ответов не верен. 3. Ядра атомов содержат: а) электроны и позитроны; в) нейтроны и электроны;

б) протоны и электроны; г) протоны и нейтроны.

4. Масса ядра: а) больше суммы масс составляющих его нуклонов; б) равна сумме масс составляющих его нуклонов; в) равна сумме масс входящих в его состав протонов; г) меньше суммы масс входящих в него нуклонов. 5. Период полураспада некоторого элемента равен 10 сут. Постоянная радиоактивного распада равна: а) 10 сут–1; б) 0,69 сут–1; в) 69 сут–1; г) 0,069 сут–1. 6. В результате альфа-распада урана

234 90 Th 235 92 U .

131 53 J образуется: 131 52 Те ; в) 131 54 Хе ;

7. В результате электронного бета-распада йода а) 127 51 Sb ; 134 53 J .

8. Альфа-частица проходит большее расстояние: а) в верхних слоях атмосферы; б) у поверхности Земли. в) в металле; г) в воде. 9. Магнитным полем отклоняется: а) альфа-излучение и бета-излучение; б) только гамма-излучение; в) только альфа-излучение; г) только бета-излучение. 10. При испускании ядром гамма-кванта: а) изменяется только заряд ядра; б) изменяется только массовое число; в) изменяется и заряд, и массовое число; г) ни один из ответов не верен.

Приложение ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ ПО МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКЕ МЕХАНИКА, КИНЕМАТИКА

1. Число оборотов медицинской центрифуги за 10 сек изменилась с 1000 до 2500 об/мин. Определите максимальное центростремительное ускорение (ац) на расстоянии 10 см от оси вращения. Ответ: ≈6850 м/с2. 2. От чего зависит величина дополнительной нагрузки, которую испытывает космонавт: от ускорения или от скорости, с которой он движется? Ответ: от ускорения. ДИНАМИКА 3. Средний объем крови в сердце человека в покое составляет около 60 мл. С какой силой кровь, которая находится в сердце, давит на его стенку, если человек испытывает ускорение 5 g? Плотность крови 1050 кг/м3. Ответ: ≈ 3,1 Н. 4. Скорость свободного падения парашютиста массой 70 кг при раскрытии парашюта уменьшилась с 58 до 4 м/с за 0,6 сек. Определите силу, действующую на парашютиста в момент раскрытия парашюта. Массой парашюта пренебречь. Ответ: 6300 Н. 5. При нагрузке в 100 Н скорость изотонического сокращения мышцы (сокращение при постоянной нагрузке) оказалось равной 2,2 см/с. Определите энергию, которая выделяется в виде теплоты при сокращении мышцы. КПД мышцы 40 %, время сокращения 0,2 сек. Дано:

Полезная работа, которая пошла на сокращение мышцы А = F ⋅ S = F ⋅ v ⋅ t = 0,44 Дж. Коэффициент полезного действия (КПД) мышцы: AΠΟΛ . η= A3ΑΤΡ AΠΟΛ = 1,1 Дж Затраченная работа Азатр = η А = Qтепло = ? Разница работы перешла в тепло: ΔА = Азатр – Апол = 1,1 Дж – 0,44 Дж = 0,66 Дж (сокращение при постоянной нагрузке).

F = 100 H v = 2,2 см/с = 2,2 ⋅ 10–2м/с t = 0,2 с AΠΟΛ = 40 % = 0,4 η= A3ΑΤΡ

6. Скорость изотонического сокращения (сокращение при постоянной нагрузке) мышцы при нагрузке 160 Н равна 1,6 см/с. Определите механическую мощность, которую развивает мышца при сокращении. Ответ: ≈2,6 Вт.

7. Какую мощность должен развивать в начале бега спортсмен, чтобы за 2 сек сообщить своему телу массой m = 70 кг скорость v = 9 м/с? Ответ: ≈1417 Вт. СИЛЫ УПРУГОСТИ 8. Определите абсолютное удлинение сухожилия длиной 4 см и диаметром 6 мм под действием силы 31,4 Н. Модуль упругости сухожилия равен Е = 109 Н/м2 (Е — модуль Юнга). Ответ: ≈4,4 ⋅ 10–5 м. 9. Мышца длиной 10 см и диаметром 1 см под действием груза 49 Н удлинилась на 7 мм. Определите модуль упругости мышечной ткани. Ответ: ≈8,9 ⋅ 106 Н/м2. 10. Какая работа совершается при растяжении на 1 мм мышцы длиной 5 см и диаметром 4 мм? Модуль Юнга для мышечной ткани равен 9,8 ⋅ 106 Н/м2. Ответ: ≈12,3 ⋅ 10–4 Дж. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 11. Рука человека при ходьбе совершает гармонические колебания по уравнению х = 17sin1,6π ⋅ t (см). Определите время прохождения руки от положения равновесия до максимального отклонения. Ответ: ≈0,3 с. 12. Определите резонансную частоту ноги человека, рассматривая ее как физический маятник с приведенной длиной 38,8 см (центр тяжести ноги расположен на высоте 38,8 см). Ответ: 0,8 Гц. 13. При действии вибрации (колебаний) с постоянной амплитудой по телу человека при частотах от 10 до 30 Гц ощущается сотрясение всего тела; с повышением частоты до 40 Гц — сильная вибрация головы и челюстей. С дальнейшим повышением частоты ощущение вибраций отмечается в области туловища, а при действии частот выше 50 Гц — в области голеней. Чем объяснить это явления? Ответ: Тело человека и его отдельные органы и ткани обладают различными частотами собственных колебаний. При резонансе амплитуды колебаний резко возрастают. (Резонанс наблюдается при равенстве частоты собственных колебаний и частоты внешнего воздействия). ЗВУК

14. Одинакова ли скорость распространения звуков разной частоты в воздухе? Ответ: одинакова. 15. Голос человека можно слышать на большом расстоянии, но слова разобрать трудно. Чем это объяснить, если учесть, что скорость распространения звуков разной частоты одинакова? Ответ: Звуки различных частот неодинаково поглощаются воздухом. Более высокие частоты поглощаются сильнее и спектр (состав) звуков речи меняется.

СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ. ОСОБЕННОСТИ КРОВОТОКА

16. Почему при порезе пальца кровь вытекает из раны равномерно, а не пульсирует в такт биению сердца. Ответ: Пульсации крови сглаживаются вследствие эластичности сосудов и наличия трения. 17. Определите кинетическую энергию объема крови, который протекает за минуту со скоростью 0,4 м/с через артерию диаметром 3 мм. Плотность крови 1050 кг/м3. Ответ: ≈0,014 Дж. ТЕПЛОТА. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ 18. На участок тела больного площадью 0,1 м2 накладывается лечебная грязь толщиной 8 см при температуре 44°С. Определите количество теплоты, которую получит человек, если 30 % ее теряется в окружающем пространстве. Теплоемкость грязи равна 2800 Дж/кг⋅К; ее плотность — 1,4 г/см3, температура тела — 37°С. Ответ: ≈153,6 кДж. 19. Определите, на сколько поднимется температура тела человека массой 70 кг, если он погрузится в ванну с температурой 40°С. Средняя температура тела — 37°С, средняя удельная теплоемкость — 3350 Дж/кг⋅К. Объем воды в ванне — 200 л. Потери теплоты на нагревание ванны и окружающего пространства считать равными 30 %. Ответ: ≈2,2°С. 20. Удельная теплота испарения (парообразования) эфира меньше удельной теплоты испарения воды. Почему смоченная эфиром рука ощущает более сильный холод, чем смоченная водой? Ответ: Количество теплоты, которое отнимает у тела испаряющаяся жидкость в единицу времени, зависит от массы испарившейся жидкости и ее удельной теплоты парообразования. Интенсивность испарения эфира большая (по сравнению с водой), так как температура поверхности тела человека близка к температуре кипения эфира. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО 21. Определите напряжённость поля в мембране эритроцита толщиной o

200 A (ангстрем: A = 10–10м) при напряжении на мембране 100 мВ. Ответ: 5 ⋅ 106 В/м. 22. Постоянный ток I = 0,05 А представляет опасность для жизни человека. Определите минимальную величину напряжения, при котором ток может достигнуть этого значения, если сопротивление тела человека в зависимости от условий изменяется от 1000 до 100000 Ом. Ответ: 50 В. 23. Сопротивление живой ткани постоянному току в цепи между электродами при гальванизации составляет 2000 [Ом] при силе тока 0,01 А. Определите

напряжение, которое обеспечивает аппарат гальванизации (аппарат гальванизации служит для лечения путем воздействия постоянным током). Ответ: 20 В. 24. Электроёмкость человека можно считать равной ёмкости сферы (шара) радиусом 30 см. Определите потенциал, до которого зарядится человек, если ему сообщить заряд 10–7 Кл. Примечание: ёмкость шара С = 4πε0εr, где r — радиус шара; ε0 = 8,85 ⋅ 10–12 Ф/м — электрическая постоянная. Ответ: ≈3000 В. 25. Электростатический душ представляет собой систему из двух электродов, которые соединены с источником высокого постоянного напряжения (5–50 кВ). Один электрод прибора заземляют, второй электрод представляет систему острий (тонких проводников), которые располагают над головой пациента. Объясните, на каком явлении основано применение электростатического душа в медицине. Ответ: Электрическое поле имеет наибольшую напряжённость около острий головного электрода, где возникает тихий электрический разряд. В зоне (области) разряда образуются аэроионы, которые движутся к телу больного (к голове пациента). Одновременно на организм человека действует электрическое поле. 26. Дефибриллятор — прибор для восстановления сокращений (работы) сердца, которое остановилось или фибриллирует (беспорядочно сокращаются мышечные волокна сердца). В схеме прибора имеются два параллельно соединенных конденсатора ёмкостью 8 мкФ. Определите заряд батареи из двух конденсаторов и среднюю мощность разряда, если разряд происходит за время 10 мс. Напряжение на батарее 5000 В. Примечание: общая ёмкость батареи С0 из двух одинаковых ёмкостей С1=С2=С C1 P равна: С0 = . Средняя мощность батареи: Рср = . 2 2 Ответ: 8 ⋅ 10–2 Кл; 20 кВт. ОПТИКА 27. Человек лежит на дне озера на глубине 1 м и смотрит вверх. Он видит светлый круг. Объясните происхождение этого круга и определить его возможный радиус R. Показатель преломления воды 1,33. Ответ: Происхождение круга объясняется явлением полного внутреннего отражения. R≈1,2 м. 28. Чем объяснить, что человек, который находится в воде, плохо видит предметы? Ответ: В воздухе роговая оболочка преломляет лучи и создает изображение на сетчатке. Хрусталик тоже преломляет лучи. Вода сильно ослабляет преломляющие свойства глаза, так как показатели преломления воды и жидкости внутри нашего глаза почти одинаковы. Поэтому лучи не преломляются и прямо проходят через роговицу.

29. Какой человек будет лучше видеть предметы под водой — близорукий или дальнозоркий? Ответ: Вода ослабит преломляющие свойства глаза. В обычных условиях у близорукого человека оптическая сила глаза больше, поэтому в воде он будет видеть предмет лучше, чем дальнозоркий. 30. Во сколько раз изображение предмета на сетчатке глаза меньше самого предмета, который находится на расстоянии 30 м от наблюдателя? Фокусное расстояние оптической системы глаза равно 1,5 см. Ответ: ≈2000 раз. 31. На каком расстоянии близорукий человек может читать без очков мелкий шрифт, если обычно он пользуется очками с оптической силой «–4Дптр»? Примечание: фокусное расстояние линзы очков определяют по формуле: d ·d0 F= , d – d0 где d — расстояние наилучшего зрения для невооруженного глаза; d0 = 25 см — расстояние наилучшего зрения для нормального глаза. Ответ: 12,5 см. АТОМНАЯ ФИЗИКА 32. Почему нейтроны при взаимодействии с биологической тканью быстро теряют свою энергию и замедляются до уровня энергии тепловых нейтронов? Ответ: В мягких тканях потеря энергии нейтронами происходит при упругом рассеянии на ядрах водорода (на протонах). Ядра водорода в ткани составляют ∼70 % всех ядер. Передача энергии протонами максимальна, поэтому происходит быстрое замедление нейтронов. 33. Почему облучение организма человека нейтронами является более опасным, чем облучение другими видами излучений? Ответ: Нейтроны не имеют электрического заряда и практически не взаимодействуют с электронными оболочками атомов. Нейтроны сами не производят ионизацию и проникающая способность их большая. Опасность нейтронов связана с вторичными процессами: под действием нейтронов возникают ядерные реакции, происходит распад атомов, возникают излучения в процессе этих реакций. 34. Почему при воздействии на организм человека различных видов излучения при одинаковых физических дозах более сильное биологическое воздействие оказывает α-излучения («альфа»-излучения). Ответ: Биологический эффект зависит от энергии излучения и его ионизирующей способности (количества ионов, которое создает частица на своем пути). У α-частицы ионизирующая способность наибольшая по сравнению с другими видами излучений.

ОСНОВНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ 1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ

Две переменные величины могут быть связаны так, что каждому значению одной из них (х) соответствует вполне определенное значение другой (у): y = f(x); х — аргумент, у — функция. П р и м е р 1 . Площадь круга S = r2. Каждому значению радиуса r соответствует определенное значение S, следовательно, площадь есть функция радиуса. Связь между переменными — функциональная зависимость. П р и м е р 2 . Путь S, пройденный телом в прямолинейном движении с постоянной скоростью V равен S = V ⋅ t. S получает определенное значение, соответствующее значению t, поэтому S — функция времени t. Если функция задана одной или несколькими формулами, то говорят, что она задана аналитическим способом. П р и м е р 3 : у = х2 + 1. Функцию можно задать при помощи графика (графический способ) и при помощи таблиц (табличный способ). 2. ГРАФИК ФУНКЦИИ

График функции — линия на плоскости, которая соответствует уравнению с переменными х и у. На горизонтальной оси (ось абсцисс) откладывается независимая переменная (аргумент), по вертикальной оси (оси ординат) — зависимая переменная (функция).

Построив множество точек, координаты которых удовлетворяют уравнению, и соединив их плавной линией, получаем график функции. 3. ЛИНЕЙНАЯ ФУНКЦИЯ. ЕЁ СВОЙСТВА И ГРАФИК

Уравнение прямой: y = kx + b (пример линейной функции), где k — угловой коэффициент, k = tgα, α — угол наклона прямой к положительному направлению оси Ox, b — начальная координата.

k > 1 – прямая идет ближе к оси Оy

k = 1, b = 0 ⇒ уравнение прямой у = х если k > 0, угол наклона α — острый, то прямая лежит в I и III четвертях;

k 0, то квадратное уравнение имеет два действительных различных решения (корни). 2

Научно-технические предпосылки к созданию огнетушащих порошков, обладающих повышенной огнетушащей и теплоизолирующей способностью Текст научной статьи по специальности «Математика»

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Беловошин А. В., Смирнов С. А.

Проведен анализхимического составасуществующих огнетушащихпорошковиогнезащитных составов.Показа-на принципиальная возможность придания огнетушащим порошкам некоторых свойств огнезащитных составов. Создан ряд экспериментальных огнетушащих порошковых смесей, обладающих адгезией и способностью вспениваться на нагретых поверхностях. Проведен ряд испытаний по сравнительной оценке огнетушащей способности созданных порошковых смесей

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Беловошин А. В., Смирнов С. А.

О механизмах огнетушащего действия средств пожаротушения

Способ получения гидрофобно-модифицированных порошков и методика определения их огнетушащей способности

Огнетушащие порошки. Проблемы. Состояние вопроса
Особенности тушения пламени высокодисперсными газоаэрозольными системами
Тушение пламени огнетушащими порошками и аэрозольными составами
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Научно-технические предпосылки к созданию огнетушащих порошков, обладающих повышенной огнетушащей и теплоизолирующей способностью»

P ПОЖАРОВЗРЫ BO

Журнал издается с 1992 г. Выходит 12 раз в год

TOM 19 ♦ № 11 ♦ 2010 ci LM. I D J_BJ cvn О А С-ШУ7-1Л Ж-

Научно-технический журнал ООО «Издательство «Пожнаука»

НОВОСТИ, КОНФЕРЕНЦИИ, ВЫСТАВКИ

Информационное письмо о VI Международной конференции «Полимерные материалы пониженной горючести», 14-18 марта 2011 г., ВоГТУ, г. Вологда, Россия

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Жуков В. В. Опять двойка

Кузнецов Г. В., Захаревич А. В., Максимов В. И.

О влиянии структуры «горячих» частиц на условия зажигания жидких топлив

Филиппович Г. А., Кудряшов А. Н., Яцукович А. Г., Денисевич А. П. Влияние огнезащитной обработки древесины на ее электрофизические параметры

ОГНЕСТОЙКОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Фахрисламов Р. З., Белых А. Ф., Корольченко А. Я., Кузнецов С. Ю. Условия возникновения и развития горения тепловой изоляции промышленных трубопроводов

Катаева Л. Ю., Белоцерковская И. Е., Масленников Д. А., Куркин А. А. Сравнение аналитического и численного решения математической модели низового пожара с учетом влияния угла наклона подстилающей поверхности

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВ

Хафизов Ф. Ш., Бакиров И. К. Расчет пожарных рисков объектов топливно-энергетического комплекса Поландов Ю. Х., Бабанков В. А. О выгорании газовоздушной смеси в замкнутом объеме

Брушлинский Н. Н., Шимко В. Ю., Карпов В. Л., Усманов М. Х., Семенов В. П., Джураев С. М.

Исследование работы струеобразующего устройства Храмцов С. П., Пряничников А. В., Никишин П. В., Кармес А. П. Разработка стволов подачи температурно-активированной воды для тушения пожаров с нулевой отдачей и полным раскрытием струи при использовании автомобиля пожарного многоцелевого

Фролов В. Н., Лазарев С. М., Павлова С. В. Водно-скоростной режим систем пожаротушения

Беловошин А. В., Смирнов С. А. Научно-технические предпосылки к созданию огнетушащих порошков, обладающих повышенной огнетушащей и теплоизолирующей способностью

The Journal of the Russian Association for Fire Safety Science («Pozhnauka»)

NEWS, CONFERENCES, EXHIBITIONS

Information Letter about VI International Conference «Low Combustibility Polymeric Materials», 14-18 March 2011, VoSTU, Vologda, Russia

GENERAL QUESTIONS OF FIRE SAFETY

Zhukov V. V. «Bad» Mark Again

Kuznetsov G. V., Zakharevich A. V., Maksimov V. I.

On the Influence of the Structure «Hot» Particles on Ignition Conditions for Liquid Propellants

Filippovich G. A., Kudryashov A. N., Yatsukovich A. G., Denisevich A. P. The Influence of Fire Protection Coating on Electrophysical Characteristics for Wood

FIRE-RESISTANCE OF BUILDING CONSTRUCTIONS

Fahrislamov R. Z., Belykh A. F., Korolchenko A. Ya., Kuznetsov S. Yu. Terms of Origin and Development of Burning Heat Insulation of Industrial Pipelines

Kataeva L. Yu., Belotserkovskaya I. E., Maslenni-

kov D. A., Kurkin A. A. The Numerical and Analytical Decision Mathematical Model for Ground Fire Including Slope Angle Influence

FIRE SAFETY OF BUILDINGS, STRUCTURES, OBJECTS

Hafizov F. Sh., Bakirov I. K. Calculation of Fire Risks Objects of Fuel and Energy Complex

Polandov Yu. Kh., Babankov V. A. About Burning Out of the Gas-Air Mix in the Closed Volume

Brushlinskiy N. N., Shimko V. Yu., Karpov V. L., Usmanov M. Kh., Semyonov V. P., Djurayev S. M.

Research of Jet Forming Device Operation

Khramtsov S. P., Pryanichnikov A. V., Nikishin P. V.,

Karmes A. P. Working out Special Nozzles for Delivering

Temperature-Activated Water to Extinguish Fires with Zero

Nozzle Recoil and Complete Spray Opening When Using

Multi-Purpose Fire Appliance

Frolov V. N., Lazarev S. M., Pavlova S. V.

Water-Velocity Conditions of Extinguishing Systems

Belovoshin A. V., Smirnov S. A. Scientific-Research Preconditions to Creation of Fire Extinguishing Powders Having the Heightened Extinguishing and Heat-Insulating Ability

FIRE-AND-EXPLOSION SAFETY. REFERENCE BOOK

Журнал включен в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК России для публикации трудов соискателей ученых степеней, в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ РАН. Сведения о журнале ежегодно публикуются в Международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory «.

Перепечатка материалов только по согласованию с редакцией. Авторы несут ответственность за содержание представленных в редакцию материалов и публикацию их в открытой печати

© ООО «Издательство «Пожнаука «

© «Pozhnauka» (Russian Association for Fire Safety Science)

НОВОСТИ, КОНФЕРЕНЦИИ, ВЫСТАВКИ

Российская академия наук Министерство образования и науки Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий Правительство Вологодской области Отделение химии и наук о материалах РАН Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН Академия Государственной противопожарной службы МЧС России Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России Московский государственный строительный университет Вологодский государственный технический университет

14-18 марта 2011 г. проводит VI Международную конференцию «ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТИ»

Место проведения: г. Вологда, ВоГТУ, ул. Ленина, д. 15

Программный комитет: Председатель:

Академик РАН, директор ИХФ РАН

Профессор, ректор ВоГТУ

Халтуринский Н. А. Профессор, ИХФ РАН Алешков М. В. Заместитель начальника

Академии ГПС МЧС России по научной работе

Аскадский А. А. Богданова В. В.

Гаращенко А. Н. Дебердеев Р. Я. Екимовский В. В.

Заиков Г. Е. Корольченко А. Я. Копылов Н. П.

Профессор, ИНЭОС РАН

Профессор, НИИ ФХП БГУ,

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Начальник Главного управления

МЧС России по Вологодской обл.

Профессор, ИБХФ РАН

Начальник ВНИИПО МЧС России

Машляковский Л. Н. Профессор, СПбГТУ

Новаков И. А. Панова Л. Г. Серков Б. Б.

Сиротинкин Н. В. Тужиков О. И. Чалых А. Е.

Попова М. Н. Рудакова Т. А. Сивенков А. Б.

Профессор, НПО «ИодоБром», Украина

Чл.-кор. РАН, ректор Волг. ГТУ Профессор, Саратовский ГТУ Профессор, Академия ГПС МЧС России

Профессор, СПбГТУ Профессор, Волг. ГТУ Зам. академика-секретаря ОХНМ РАН, профессор

ВоГТУ (г. Вологда) ИСПМ РАН (г. Москва) Академия ГПС МЧС России (г. Москва)

Программная комиссия: Председатель:

Халтуринский Н. А. Асеева Р. М.

Крупкин В. Г. Плеханов А. А.

Хомко Е. В. Секретари:

Алымова С. А. Суворова Г. Н.

Профессор, ИХФ РАН

Профессор, Академия ГПС МЧС России

Д-р физ.-мат. наук, ИХФ РАН Проректор по научной работе и инновационному развитию ВоГТУ

НТИ ПЛС ВоГТУ (г. Вологда) НТИ ПЛС ВоГТУ (г. Вологда)

Основные направления научной программы

• Термоокислительная деструкция и пиролиз полимеров

• Теория горения полимерных материалов

• Механизм действия и синтез новых высокоэффективных ингибиторов горения полимеров

• Разработка новых полимерных материалов и композиций пониженной горючести

• Экологическая и противопожарная безопасность материалов и конструкций

• Техника и методы оценки пожарной безопасности полимерных материалов

• Анализчрезвычайныхситуаций природного и техногенного характера

Программа конференции включает серию лекций, докладов (пленарных, устных и стендовых), дискуссий и стендовых сессий, подведение итогов заявленного оргкомитетом конкурса на лучшую работу молодых ученых.

Желающим принять участие в работе конференции необходимо не позднее 15 сентября 2010 г. направить заявку на участие в конференции на электронную почту оргкомитета conf@vstu.edu.ru.

Доклады и копии платежного поручения в адрес оргкомитета должны быть направлены не позднее 15 ноября 2010 г.

Правила оформления материалов

• Материалы представляются по электронной почте.

• Текст должен быть набран в редакторе Word for Windows (версия 6.0, русская редакция) шрифтом «Times New Roman Cyr» с высотой шрифта 14, межстрочный интервал 1,5.

• Поля страницы: слева — 2,5 см, справа — 1,5 см, сверху и снизу — 2 см.

• Формулы набираются в MS Equation 2.0.

• Рисунки и схемы в тексте должны быть сгруппированы.

Название статьи по центру без переноса жирным шрифтом строчными буквами, через интервал инициалы и фамилия автора строчными буквами, например: А. А. Петров, через интервал полное название учебного заведения (организации), далее через интервал текст, в конце статьи привести список литературы (не более 2-3 наименований).

За содержание докладов ответственность несут авторы. Программный комитет имеет право отклонить доклад. Все материалы публикуются вавторской редакции.

Оргвзнос за участие в конференции и публикацию одного доклада объемом от 3 до 5 стр. составляет 1200 руб. Для заочных участников, студентов и аспирантов — 450 руб. За каждую дополнительную страницу — 100 руб.

За участие без публикации доклада оргвзнос можно внести при регистрации.

ИНН 3525027110 КПП 352501001 УФК по Вологодской области (ВоГТУ л/с 03301А38060) р/с 40503810100001000206 ОКАТО 19401000000 ГРКЦ ГУ Банка России по Вологодской области г. Вологда БИК 041909001. Код дохода 07330201010010000130 п.р.1 с обязательным указанием «Образовательные услуги. Участие в конференции» и ф. и. о. участника.

Адрес проведения конференции

160035, г. Вологда, ул. Ленина, д. 15, Вологодский государственный технический университет, корпус 5, актовый зал.

Проживание участников конференции будет организовано в гостиницах г. Вологды (стоимость от

600 руб. в двух-, трехместных номерах) и в профилактории университета (стоимость 400 руб.).

Справки по телефонам В г. Москве

8-495-939-72-95 — Крупкин Владимир Герцович, krupkin@chph.ras.ru

8-916-174-52-44 — Сивенков Андрей Борисович, sivenkov01@mail.ru

8-495-332-58-18 — Рудакова Татьяна Алексеевна В г. Вологде

8-921-234-49-90 — Попова Марина Николаевна,

8-172-72-14-35 (доб. 341) — Алымова Светлана

Александровна, Сорокина Галина Николаевна,

Предварительная программа конференции

14 марта — заезд участников, регистрация.

15 марта — пленарное заседание, работа по секци-

ям, выставка, экскурсия по г. Вологде, ужин.

16 марта — продолжение работы секций, стендовые

доклады, посещение Спасо-Прилуцкого монастыря, культурная программа.

17 марта — продолжение работы конференции, под-

ведение итогов заявленных оргкомитетом конкурсов, программа МЧС г. Вологды.

18 марта — подведение итогов конференции, экскур-

сия в Ферапонтово и Кириллов, отъезд.

ЗАЯВКА НА УЧАСТИЕ В КОНФЕРЕНЦИИ

Ф. И. О. ___________________________________________

Адрес для рассылки сборника_

Наименование доклада _____________________________

Необходимые технические средства для демонстрации доклада_____________________________________________

Прошу забронировать место в гостинице (да, нет) _

Платежным поручением (или квитанция) №__

от _____________ 20___ г.

Перечислено __________________________________ руб.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

независимым эксперт, начальник отдела Московского филиала страховой компании

В связи с изменением социально-экономического строя в России должны были измениться и методы работы органов Государственного пожарного надзора. Однако этого не произошло, поэтому за последние 20 лет положение с пожарами и пожарным надзором становилось все хуже. В последние годы министр С. К. Шойгу начал реформу системы обеспечения пожарной безопасности. Безусловно, это огромный шаг вперед. Но есть проблемы, без решения которых невозможно достичь ожидаемого эффекта. Например, эксперты, которые готовили изменения, не учли, что безопасность повысится, если законодательство будет регулировать процессы управления обеспечением пожарной безопасности «внутри» организации. Называются причины невыполнения предписаний органов Государственного пожарного надзора, которые реформой не устранены. Основной недостаток реформы состоит в том, что государство необоснованно много (почти тотально) и монопольно участвует в системе обеспечения пожарной безопасности.

Ключевые слова: декларация; пожарная безопасность; органы Государственного пожарного надзора; прокуратура; экономическая эффективность; предписания; государственный инспектор; частный инспектор; методика; расчет пожарного риска; пожарно-профилактическая работа; управление; объект экономики и социальной сферы.

Исполнилось два года, как был принят Технический регламент о требованиях пожарной безопасности (Федеральный закон № 12Э-ФЗ), документ, в котором заложена философия проводимой МЧС РФ реформы системы обеспечения пожарной безопасности в стране. Как в момент принятия, так и весь прошедший период этот регламент критиковался и критикуется многими экспертами и практиками. И будет критиковаться, пока бизнес не смирится со своим поражением. Одним из аргументов, которые приводят эксперты: «Пожарная декларация не предупреждает пожар, а ждет пожар, чтобы стать частью обвинительного заключения и облегчить «посадить» или привлечь к ответственности предпринимателя». А масштабы, по мнению МЧС, таковы: пожарному декларированию подлежит 4,5 млн предприятий и организаций. На 1 мая 2010 г. подано 400 тыс. деклараций.

В декабре исполняется год со дня трагедии в пермском ночном клубе «Хромая лошадь», трагедии, повергшей в шок не столько простых граждан, сколько специалистов. Они считают, что в России этого в принципе быть не должно по той простой причине, что наши здания по огнестойкости такие же, как бетонное боевое подземное сооружение, как «долго© Жуков В. В., 2010

временная огневая точка». И поэтому в несгораемых зданиях люди сгорать не должны. А если это произошло, то это тупик в нашей теории и практике борьбы с огнем.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Сейчас МЧС предлагает законопроект «О страховании гражданской ответственности за причинение вреда в результате пожара». И опять море недовольных. Почему именно противопожарные предложения МЧС и бизнесом, и региональными органами власти, и общественностью воспринимаются в штыки, как неправильные и несправедливые?

При социализме пожарная безопасность обеспечивалась двумя механизмами. Первый и основной — это организация пожарно-профилактической работы на предприятиях и в организациях. Она осуществлялась благодаря отраслевой системе управления народным хозяйством, через директивы министерств и ведомств. Второй механизм — это территориальный контроль за результатами пожарно-профилактической работы. Такой контроль осуществляли на местах органы Государственного пожарного надзора (далее — органы ГПН). С исчезновением социалистического отраслевого управления предприятия и организации прекратили заниматься пожарной безопасностью на местах, т. е. организо-

вывать пожарно-профилактическую работу. Тем не менее органы ГПН все последние 20 лет продолжали проверять то, чего уже нет, т. е. пустоту. И всю страну они приучили к ошибочной позиции, что для обеспечения пожарной безопасности достаточно предписания пожарного инспектора. Этим самым они сформировали ложное представление у предпринимателей, которые никаких дополнительных мер не принимают, кроме тех, которые написаны в предписании не кем-нибудь, а профессионалом — государственным инспектором.

В результате противопожарное состояние страны ухудшается с каждым днем. Могут возразить, что по данным официальной статистики за последние годы в РФ сократилось число пожаров и количество жертв от них. Однако при этом не надо забывать, что речь должна идти о двух разных статистических выводах по пожарам — об абсолютном и относительном показателях. Когда МЧС заявляет о сокращении числа пожаров, министерство имеет в виду общее, абсолютное сокращение, т. е. такое сокращение, которое стало результатом не только пожарно-профилактических мер, но и иных процессов.

Стало ли сокращение результатом пожарно-профилактических мер (относительное сокращение)? Нет, не стало и не может стать, ведь последние 20 лет никакой пожарной профилактики в стране не проводилось. И только в 2010 г., с началом действия Технического регламента о требованиях пожарной безопасности, началась реальная реформа системы пожарной безопасности страны. И должностные лица МЧС (в частности, Ю. Дешевых) отмечают, что мы не переломили ситуацию с пожарами и число нарушений правил пожарной безопасности растет. И Ю. Дешевых продолжает (03.03.2010 г.): в США при численности населения 300 миллионов человек количество погибших при пожарах за прошлый год составило 3800, а у нас 14 000 человек.

А стало ли сокращение результатом иных процессов? Скорее всего, да. Например, сокращение может происходить из-за уменьшения числа действующих предприятий, на которых, во-первых, уменьшаются опасности в связи с сокращением объемов производства и, во-вторых, повышается общая дисциплина, а следовательно, автоматически улучшается (как часть общей) и противопожарная дисциплина в связи с приватизацией собственности. Сокращение числа пожаров и количества жертв от них еще может происходить из-за уменьшения численности той части населения (пьяницы, нищие и т. п.), которая склонна к не-

осторожному обращению с огнем и другим нарушениям требований пожарной безопасности (курение в постели и т. п.).

Значит, если заявленное МЧС сокращение числа пожаров иущерба от них и есть, то оно не является результатом пожарной профилактики. А вот гражданское общество сомневается и в самом заявлении МЧС о сокращении. Приводим высказывания из профессионального форума практических работников — инспекторов органов ГПН, т. е. тех, кто видит реальную картину и формирует статистические отчеты для Москвы. Они говорят, что заявленное снижение связано с тем, что в новой системе статотчетности введена новая графа «загорания». В нее вносят реальные пожары, которые, естественно, не фигурируют в официальных отчетах, предназначенных для Москвы. Это — снижение «по приказу», которое будет продолжаться до тех пор, пока будут «бить» за рост пожаров и гибель людей, что приводит к сокрытию пожаров и от чего кривая статистики из года в год неуклонно ползет вниз (http://0-1.ru/discuss/search.asp?text= сокращение%20пожаров, http://0-1.ru/discuss/se-arch.asp?text=снижение%20количества%20пожа-ров, http://0-1.ru/discuss/search.asp?text=статис-тика%20пожаров).

Итак, ситуация с пожарами и пожарным надзором становится все хуже и хуже. Впервые за долгую историю страны прокуратура вынуждена сама заниматься пожарной безопасностью в организациях. Прокуроры контролируют каждый шаг пожарных инспекторов. Органы ГПН отнесены к самым главным угнетателям бизнеса, их ограничили в правах и возможностях осуществлять надзор. Пожарных инспекторов привлекают к уголовной ответственности за халатность из-за пожаров с огромными человеческими жертвами. Органы ГПН из каждого громкоговорителя вещают: «Пожар легче предупредить, чем потушить» — и тут же составляют «черные списки» организаций, которые не выполняют пожарных требований. Тем самым они доказали, что предупредить пожар не так-то легко, а подчас и невозможно, да и невыгодно. А нас учат тому, чего сами не знают. И проблема, связанная с пожарами и пожарным надзором, из технической превращается в политическую. И вот уже в программе «Время» министр докладывает Президенту, сколько пожарные закрыли ночных клубов, сколько оштрафовали. А там движение «Наши» пикетирует фирмы, которые входят в «черные списки» МЧС. Но это еще не все! Эта проблема становится еще и экономической. Предприниматели протестуют не против самих проверок, а против содержания пожарных предписаний, которые, во-первых, невозможно выполнить из-за огромной (не по карману для россий-

ского бизнеса) стоимости. Стоимости, величину и экономическую эффективность которой государство, предписывая, должно обосновывать, но не обосновывает. Во-вторых, предписания эти технически неэффективны из-за их оторванности от истинных проблем пожарной безопасности. В-третьих, предписания в большинстве своем являются вмешательством чиновников в экономическую независимость предпринимателей. Дело в том, что уже 15 лет пожарные генералы только обещают, что отменят ненужную государственную юрисдикцию более чем для тысячи параметров пожарной безопасности, установленных им для частного бизнеса. А это в экономике и социальной сфере сотни миллиардов элементов, где должны соблюдаться требования пожарной безопасности и где миллиарды нарушений этих требований. И за этими миллиардами нарушений государство не может осуществлять ненужный ему контроль и не осуществляет его. И вернут бизнесменам право самим определять уровень и стоимость пожарной безопасности своего же имущества. И именно по этим причинам пожарные предписания бизнесом не выполняются. И именно по этим причинам стоимость пожарной безопасности в стране достигла сотен миллиардов долларов и является одной из самых высоких среди развитых стран. Но власть, не считая расходов бизнеса и граждан на пожарную безопасность, все наращивает и наращивает эти расходы, а эффект от наращивания все меньше и меньше. Сложилась экономически противоречивая ситуация, когда пожарный инспектор бесплатно подсказывает предпринимателям, что надо делать, чтобы не было пожара, а предприниматели (цитата из пожарного форума) «на инспектора смотрят как на изверга», потому что «необходимость уплаты бизнесом «пожарной подати» тоже стала традиционной частью ведения бизнеса». Начали выпускать для предпринимателей правозащитные книжки «Если к вам пришел пожарный инспектор». Впервые в истории бороться с пожарами так, как предлагают предпринимателям пожарные чиновники, стало бессмысленно. Министр экономики требует ликвидировать органы ГПН. В ответ МЧС показывает статистические данные по количеству жертв и спасенных жизней, утраченных и сохраненных материальных ценностей. Открываешь газету, а там РСПП борется с пожарной бюрократией и «Опора России» впряглась в противостояние. Кто прав, кто не прав? Все ой как запутано. А многие считают, что проблема пожарной безопасности — это техническая (в смысле простоты решения) проблема. Ведь она же не касается сущностных принципов экономики, бизнеса, финансов, инноваций и других умных вещей.

В этой ситуации министр С. К. Шойгу предпринял меры для решения накопившихся проблем:

— предприниматели жаловались, что руководящих документов по пожарной безопасности тысячи, в них десятки тысяч требований, в которых они путаются. Сделали так, что (как утверждает власть) их стало гораздо меньше. МЧС обеспечило принятие ряда новых руководящих документов, в которые включены требования пожарной безопасности: Технического регламента о требованиях пожарной безопасности, сводов правил и др., уменьшив почти в 10 раз количество таких документов;

— предприниматели жаловались, что государственные пожарные инспектора приходят к ним и проверяют. Сделали так, что вместо государственного инспектора будет ходить частный инспектор, если по его рекомендациям предприниматель выбросит огромные деньги на ветер;

— предприниматели жаловались, что государственные инспектора пишут им предписания. Сделали так, что инспектора писать предписаний предпринимателям не будут, предприниматели теперь сами себе будут писать предписания. Для этого из нескольких тысяч обязательных к исполнению требований пожарной безопасности предприниматели выбирают те, которые относятся к ним. Перечень выбранных требований предприниматели подписывают и направляют его в органы ГПН, а сами приступают к их выполнению;

— предприниматели жаловались, что, сколько предписаний ни выполняй, все равно каждый раз инспектор находит все новые и новые нарушения. Сделали так, что чиновничий контроль над ненужными государству параметрами пожарной безопасности на объектах частного бизнеса не отменили, а наоборот — увеличили. Теперь, как пишут специалисты на пожарном форуме, нарушений требований безопасности нет только в скворечнике;

— предприниматели жаловались, что нет альтернативных государственным методик оценки состояния пожарной безопасности. Сделали так, что, после того как предприниматель не сумел выполнить всех обязательных государственных требований пожарной безопасности, он покупает дорогостоящий расчет пожарного риска по методике МЧС. И если расчеты покажут, что выполненных мер недостаточно, то пиши себе еще одно предписание. Получается, что и требования безопасности — государственные, и методика расчета — государственная. Где же тогда альтернатива?;

— предприниматели жаловались, что нет института независимых экспертов. Сделали так, что можно пригласить только аккредитованных при МЧС частных пожарных инспекторов, которые за деньги будут писать предпринимателю такое же предписание, какое не за деньги писал государственный инспектор. И эти частные инспектора будут информировать государственных инспекторов о том, что у предпринимателя «не идеальный порядок». Тогда, предприниматель, жди внеплановую государственную проверку. Вот такая независимость, которую МЧС называет независимой оценкой риска; — предприниматели (не учитывая того факта, что за пожары государственных инспекторов сажают) жаловались, что за пожары на них накладывают административные штрафы. Сделали, во-первых, так, что пожарных инспекторов сажать не будут — не за что. Но теперь будут сажать предпринимателей: не пожарный инспектор проверял предпринимателя, а предприниматель сам себя проверял; не пожарный инспектор писал предписание предпринимателю, а предприниматель сам себе его писал. И во-вторых, государство постоянно увеличивает размер штрафов, расширяет круг лиц, на которые эти штрафы накладываются, применяют административную приостановку работы организаций на период до 90 (смертельных для бизнеса) суток.

1. МЧС предполагает, что положение с пожарной безопасностью в стране улучшат новые руководящие документы по пожарной безопасности. Более удобные документы выпустили, количество требований пожарной безопасности якобы уменьшили, но сущность требований не поменяли. Не исключили, в частности, из новых требований причины и условия, из-за которых предписания не выполняются. Таким образом, проведенная МЧС реконструкция руководящих документов не приведет к улучшению положения с пожарной безопасностью в стране.

2. МЧС предполагает, что положение с пожарной безопасностью в стране улучшит независимая оценка пожарного риска (НОР). Понятно, что независимую оценку могут давать независимые специалисты, действующие по независимой методике. А есть ли в нашем случае независимые специалисты и независимые методики? На самом деле никакой независимости нет. Ведь к НОР привлекаются только аккредитованные при МЧС, а значит зависимые, специалисты. Применяемая ими методика расчета пожарного риска установлена МЧС и поэтому не является независимой. А раз нет независи-

мости, то и эмчеэсовская модель НОР не улучшит пожарной безопасности в стране.

3. МЧС предполагает, что положение с пожарной безопасностью в стране улучшат расчеты пожарного риска, которые должны быть в декларации пожарной безопасности. Результатом таких расчетов является число-вероятность. Одно из главных условий этих расчетов — это выполнение на расчетный момент противопожарными техническими системами своих функций. Зададимся вопросом: а разве для оценки пожарного риска не требуется знание состояния технических систем и круглосуточно, и круглогодично? Это, во-первых. Во-вторых, не технические системы обеспечивают пожарную безопасность, а люди, управляющие этими системами. Но человеческий фактор не учитывается при определении числа-вероятности. И главное. Поскольку расчеты пожарного риска в декларации играют роль оценки фактического состояния пожарной безопасности, то возникает вопрос: а можно ли вообще числом, например таким, как 0,999999, выразить состояние пожарной безопасности? Вот мнение из форума работников органов ГПН: «За этой цифрой не видна действительная пожарная опасность; такая система не дает уверенности, что безопасность обеспечена; невозможно доказать соответствие реального виртуальному». И это не случайно, ведь наука определяет, что оценка риска должна быть не только количественной, но и качественной. Поэтому введенный МЧС РФ показатель состояния пожарной безопасности не отражает этого состояния и, соответственно, не улучшит положения с пожарной безопасностью в стране.

4. МЧС предполагает, что положение с пожарной безопасностью в стране улучшит факт подписания лично предпринимателем в пожарной декларации перечня требований и мер пожарной безопасности. Новым здесь является то, что эти перечни формируются самим предпринимателем и им собственноручно подписываются. И сам факт подписи этих перечней предпринимателем, по мнению МЧС, является укреплением безопасности. Директор Департамента надзорной деятельности МЧС РФ Ю. И. Дешевых на заседании коллегии министерства отметил (Пожарное дело, № 6, 2010), что те, кто подал декларацию, владеют информацией о требованиях пожарной безопасности, которые они должны выполнить. Подчеркиваем: «владеют информацией». Это очень полезно, что предприниматели знают, какие требования им надо выполнять. Но достаточно ли этого для того, чтобы они их выполняли? Ведь предприниматели и до этого знали (владели информацией) о том, какие им выполнять требования безопасности. Эти требования указывались им в предписаниях пожарных инспекторов 2 раза в год под

роспись. И несмотря на то что предприниматели знали о требованиях, они их не выполняли. Поэтому факт подписи перечня лично предпринимателями полезен, повышает чувство ответственности, но кардинально ничего не меняет и, соответственно, не позволит улучшить ситуацию с пожарной безопасностью в стране.

5. МЧС предполагает, что увеличение размеров штрафов, расширение их применения и других репрессивных воздействий улучшат положение с пожарной безопасностью в стране. Однако ни к чему хорошему не могут привести штрафы, «продвигающие» предписания, в которых «пишут одно, а горит от другого»? Не будет положительных результатов, когда штрафуется рождающийся российский средний и малый бизнес, который не выполняет пожарных предписаний, поскольку их стоимость им не по карману. Правильно ли, когда пожарный инспектор беспощадно штрафует и закрывает бизнес, даже тогда, когда предприниматель предупреждает пожар законными средствами, но более дешевыми, чем предложил чиновник? Как называется политика, когда у предпринимателя сгорело имущество, а его бизнес к тому же еще и закрывают на три месяца? Как результатом произведения целого числа на ноль будет ноль, точно так же результатом усиления государственного контроля над пустотой будет пустота. Поэтому увеличение штрафов в целях продвижения пожарной политики МЧС не улучшит положения с пожарной безопасностью в стране.

МЧС требует декларирования пожарной безопасности, т. е. проведения расчетов пожарного риска, формирования перечня выполняемых (обязательных либо дополнительных) мер пожарной безопасности и подписи их лично предпринимателями. Дело в том, что во всех этих расчетах, во всех этих мерах и перечнях есть второстепенное — государственный контроль за профилактикой пожаров, и нет главного — самой профилактики пожаров. Есть второстепенное — знание вероятности пожара, и нет главного — знания о фактической способности организации не допустить возникновения пожара. Есть второстепенное — улучшение управляемости чиновниками, и нет главного — улучшения управляемости безопасностью. Нет понимания того, что действия персонала по недопущению пожара являются управлением. Проблема в том, что органы ГПН никогда не интересовало, как осуществляется управление вопросами пожарной безопас-

ности в самих организациях. Тема управления пожарной безопасностью организации никогда не звучала и не звучит ни в стенах пожарного главка министерства, ни в стенах пожарных научных учреждений, ни в стенах пожарных учебных заведений, ни, соответственно, в пожарном законодательстве. И поэтому работники органов ГПН не имеют понятия о таком широко известном и полезном предмете, как управление. Не понимают, что плохо, когда пожарная безопасность не включена в систему оперативного и долгосрочного планирования организации, когда функции предупреждения пожаров не включены в положения о структурных подразделениях и должностные инструкции. И не понимают, что управление и без вмешательства пожарных чиновников может организовывать пожарно-профилактическую работу на предприятии. И не понимают, что важнейшим направлением пожарной политики должно быть формирование системы управления пожарной безопасностью в каждой организации, которая является подсистемой системы управления этой организации.

Так что же получается? В 90 % предприятий и организаций страны за последние 20 лет никто не занимался и не занимается пожарной безопасностью. Пустота. Вместо создания условий, чтобы каждый объект экономики и социальной сферы самостоятельно проводил пожарно-профилактиче-скую работу, МЧС делает акцент в своей пожарной политике на другом — совершенствовании государственного пожарного контроля за пустотой. Так почему же именно противопожарные предложения МЧС и бизнесом, и региональными органами власти, и общественностью воспринимаются в штыки, как неправильные и несправедливые? Да потому что система пожарной безопасности всей страны со времен советской власти и до настоящего времени еще не разгосударствлена, т. е. государство «по-советски» необоснованно много (почти тотально) и монопольно участвует в этой системе. И все осуществляемые МЧС здесь изменения — это нанесение рыночных красок на давно прогнивший социалистический холст. В результате получается страшная картина — даже не махровая бюрократия, а просто глупость.

Если все предпринимаемые МЧС меры, по нашему мнению, не улучшают положения с пожарной безопасностью в стране, то почему тогда исключительно МЧС принадлежит право определять пожарную политику страны?

Материал поступил в редакцию 16 августа 2010 г.

Электронный адрес автора: gvv51@rambler.ru.

д-р физ.-мат. наук, декан ТЭФ, профессор Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск, Россия

канд. физ.-мат. наук, ст. преподаватель Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск, Россия

канд. техн. наук, доцент Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск, Россия

О ВЛИЯНИИ СТРУКТУРЫ «ГОРЯЧИХ» ЧАСТИЦ НА УСЛОВИЯ ЗАЖИГАНИЯ ЖИДКИХ ТОПЛИВ

Излагаются результаты экспериментального исследования закономерностей зажигания жидкихтоплив (керосин, дизельное топливо и мазут) одиночной, нагретой до высоких температур частицей, образующейся при сварке. Проведено сравнение времени задержки зажигания исследуемых пожароопасных веществ монолитными (сфера и диск) и пористой частицами. Установлено, что время задержки зажигания дистиллятныхтоплив частицами, образовавшимися при сварке металлов, существенно меньше, чем при зажигании этих же топлив монолитными частицами.

Ключевые слова: экспериментальные исследования; жидкое топливо; время задержки зажигания; температура частицы; пористая частица.

В реальной практике возгорание жидких топлив возможно, в первую очередь, при проведении сварочных работ [1]. Образующиеся при сварке металлов частицы, как правило, представляют собой неправильные многогранники или несимметричные тела вращения. Многообразие возможных форм этих частиц практически исключает возможность их системного экспериментального исследования. Однако представляет интерес оценка влияния структуры реальной частицы, образующейся при сварке, на численные значения времени задержки зажигания. Кроме того, при установлении зависимости численных значений времени задержки зажигания жидких топлив от температуры частицы особый интерес представляет сравнение такой зависимости для частиц, полученных при сварке, и монолитных частиц в виде сферы и диска. С этой целью были проведены специальные экспериментальные исследования.

При проведении исследований использовалась экспериментальная установка [2, 3], основными эле© Кузнецов Г. В., Захаревич А. В., Максимов В. И., 2010

ментами которой являются нагревательная печь и контрольно-измерительный блок. При планировании экспериментов выбиралось такое значение высоты падения частицы, при котором пары исследуемых жидких топлив не воспламенялись от нагревательной печи. При проведении опытов частицы погружались в жидкость не полностью. В экспериментах использовались образующиеся при проведении сварочных работ частицы, которые предварительно собирались, измерялись и классифицировались.

Следует отметить одну из особенностей образующихся при сварке частиц. Визуальный осмотр их показал, что для них характерна достаточно высокая открытая пористость, роль которой в процессе передачи энергии от источника нагрева к жидкому топливу может быть велика. В экспериментах использовались три типа частиц: монолитные стальные в форме сферы (3 = 6 10-3 м) и диска (3 = 6 10-3 м, И = 3-10-3 м), а также пористые частицы, образующиеся при сварке. Площадь поперечного сечения частицы после сварки была равна или близка по ми-делеву сечению соответствующей площади частицы в форме сферы. Моделировались условия разлива жидкого топлива по твердой поверхности.

Металлическая частица падала в стеклянный вертикальный сосуд размером Н = 4 ■ 10-2м, й = 5 ■ 10-2 м. Толщина слоя топлива в сосуде была меньше размера частицы. Температура частицы существенно превышала начальную температуру жидкого топлива (300 К). Для обеспечения достоверности результатов измерений опыты проводились 4-6 раз подряд в одинаковых условиях. Моменты соприкосновения «горячей» стальной частицы с поверхностью жидкости и появления пламени фиксировались датчиками на базе электронного фотоэлемента. Время задержки зажигания определялось с момента контакта частицы с поверхностью топлива до появления пламени и регистрировалось на персональном компьютере (ПК).

Результаты экспериментальных исследований

На рисунке, а-в приведены результаты экспериментов по определению времени задержки зажигания исследуемых жидких топлив (дизельного топлива, керосина и мазута) одиночными нагретыми монолитными частицами и частицами, образующимися при сварке стали. Кривые построены в результате аппроксимации экспериментальных данных. Аппроксимационные кривые получены методом наименьших квадратов. Коэффициент вариации экспериментальных данных при постоянной температуре составлял не более 9 %. Из рисунка видно, что для пористых частиц, образующихся при сварке, начальная температура зажигания пожароопасного топлива существенно ниже, чем для монолитных частиц (правильной формы) идентичных размеров. Время задержки зажигания для пористой частицы неправильной формы также значительно меньше (при одинаковых температурах), чем для монолитных частиц в виде сферы и диска. Но это отличие характерно только для дистиллятных топлив — керосина и дизельного топлива.

Полученные результаты наглядно демонстрируют влияние наличия открытых пор у частицы на закономерности зажигания жидкостей. Механизм этого влияния, скорее всего, достаточно сложен и многогранен. Следует отметить, что пористые частицы при попадании в жидкое топливо нагревают его поверхность на большей площади по сравнению с монолитными частицами. Увеличение количества теплоты, передаваемое в зону испарения горючего с открытой поверхности частицы, приводит к росту величины теплового потока в эту зону.

Кроме этого, на процесс воспламенения исследуемых жидкостей, вероятно, влияет и находящийся в порах частиц воздух, так как в нагретой до высокой температуры частице газы в порах также имеют повышенную температуру. Эта температура,

хы>с 0,16 0,12 0,08 0,04

Единицы измерения мощности: разница кВА и кВт.

Активная мощность измеряется в кВт, а полная мощность измеряется в кВА.

ВА (Вольт-ампер) / кВА(Киловольт-ампер) – единица мощности переменного тока и рассчитывается как произведение действующих значений тока в цепи (в амперах) и напряжения на ее концах (в вольтах).

Вт (Ватт) / кВт (Киловатт) – мощность, при которой за 1 секунду совершается работа равная 1 джоулю. Ватт измеряется мощностью постоянного электрического тока силой 1 А при напряжении 1 вольт.

Только часть полной мощности (в ВА) участвует в совершении работы. Остальная мощность переходит в тепло.
Исходя из выше сказанного, полная и активная мощность – разные физические величины.

Cos «фи» или коэффициент мощности это отношение активной мощности к полной. Его максимальное значение равно единице.
На примере источника бесперебойного питания (ИБП):
Полная мощность ИБП «APC Smart-UPS RT 5000 ВА 230 В» (SRT5KXLI) равна 5 кВА, а активная 4,5 кВт. Коэффициент мощности ИБП равен 0,9. Следовательно, использовать данный ИБП необходимо с нагрузкой не более 4,5 кВт.

— читать книгу онлайн

В обществе меняется отношение людей к работе. Люди теряют уверенность в стабильности своего социального и материального положения, в гарантированности рабочего места. Обостряется конкуренция за престижную и высокооплачиваемую работу. Параллельно идут процессы узкой специализации в профессии и, одновременно, глобализации со смежными отраслями. Быстро меняются запросы рынка труда. Падает рейтинг ряда социально значимых профессий – медицинских работников, учителей, учёных. Как следствие, растет психическое, эмоциональное напряжение, которое связанно со стрессом на рабочем месте. Выявляются тревога, депрессия, синдром эмоционального выгорания, психосоматические расстройства, зависимости от психоактивных веществ (включая алкоголь, транквилизаторы и др.) [ 2, 3, 8].
Синдром эмоционального выгорания – представляет собой состояние эмоционального, умственного истощения, физического утомления, возникающее в результате хронического стресса на работе. Развитие данного синдрома характерно в первую очередь для профессий, где доминирует оказание помощи людям (медицинские работники, учителя, психологи, социальные работники, спасатели, работники правоохранительных органов, пожарные). Синдром эмоционального выгорания рассматривается как результат неблагоприятного разрешения стресса на рабочем месте [4, 5, 6, 7 ].
Выделяют три ключевых признака синдрома эмоционального выгорания :
1. предельное истощение,
2. отстраненность от клиентов (пациентов, учеников) и от работы,
3. ощущение неэффективности и недостаточности своих достижений
Развитию синдрома эмоционального выгорания, предшествует период повышенной активности, когда человек полностью поглощен работой, отказывается от потребностей, с ней не связанных, забывает о собственных нуждах, затем наступает первый признак – истощение. Истощение определяется как чувство перенапряжения и исчерпания эмоциональных и физических ресурсов, чувство усталости, не проходящее после ночного сна. После периода отдыха (выходные, отпуск) данные проявления уменьшаются, однако по возвращении в прежнюю рабочую ситуацию возобновляются.
Вторым признаком синдрома эмоционального выгорания является — личностная отстраненность, Профессионалы, испытывающие выгорание, используют отстраненность, как попытку справиться с эмоциональными стрессорами на работе изменением своего сострадания к клиенту через эмоциональное отстранение. В крайних проявлениях человека почти ничего не волнует из профессиональной деятельности, почти ничто не вызывает эмоционального отклика – ни положительные обстоятельства, ни отрицательные. Утрачивается интерес к клиенту, он воспринимается как неодушевленный предмет, само присутствие которого порой неприятно .
Третьим признаком синдрома выгорания является — ощущение утраты собственной эффективности или падение самооценки в рамках выгорания. Люди не видят перспектив для своей профессиональной деятельности, снижается удовлетворение работой, утрачивается вера в свои профессиональные возможности.
В исследовании [5], проведенном среди врачей психиатров, психиатров-наркологов, психотерапевтов Республики Беларусь показано, что почти 80% имеют различной степени выраженности признаки синдрома эмоционального выгорания, 7,8% имеют резко выраженный синдром, ведущий к психосоматическим нарушениям и зависимостям.
Наши исследования были проведены среди психологов консультантов, врачей психотерапевтов, участвующих в программах повышения квалификации. По группе респондентов признаки синдрома различной степени выраженности имели 73%, что оценивалось по наличию формирующихся или уже сформировавшихся фаз синдрома эмоционального выгорания. Выраженную фазу «истощение» имели 5 %, что проявлялось эмоциональным истощением, психосоматическими и психовегетативными нарушениями.
Выделяют пять ключевых групп симптомов, характерных для синдрома выгорания [9]:

Профилактика и лечение синдрома эмоционального выгорания
в концепции транзактного анализа – восточная версия.
Профилактические и лечебные меры при синдроме эмоционального выгорания во многом схожи: то, что защищает от развития данного синдрома, может быть использовано и при терапии уже развившегося. Поэтому мы проводим как семинары по профилактики синдрома выгорания, так и индивидуальную психотерапевтическую работу с пострадавшими консультантами и психотерапевтами .
Первоначально с профессионалом, «пораженным выгоранием», пришедшим на терапию или групповое занятие, заключается контракт. В контракте фиксируются две активные позиции. Первая – признание существования синдрома эмоционального выгорания. Здесь «пораженный» признает существование синдрома и берет на себя ответственность за свое собственное переживание стресса. И вторая активная позиция – признание необходимости изменения и принятие решения измениться. Согласие на подписание контракта — спасательный круг для «пораженного», который позволяет остановить процесс выгорания, признать его существование и искать пути оздоровления.
Далее мы занимаемся анализом эго-состояний личности профессионала [1]. От силы эго-состояний зависит исход психотерапевтической работы. Сможет ли «пораженный» осуществлять предусмотренные контрактом изменения? Насколько хорошо он сможет сохранить результат психотерапии, после того, как изменения будут достигнуты? Обычно «пораженный» синдромом выгорания профессионал в момент прихода не имеет ресурсов для выполнения условий контракта, так как истощен и его самооценка низка. Диагностика эго-состояний позволяет активно работать с накоплением ресурсов. Эта работа по диагностике эго-состояний полезна и в профилактических целях как предупреждение синдрома эмоционального выгорания.
Первым анализируется эго-состояние Заботливый Родитель. Анализу подвергаются аспекты заботы: качество заботы о себе, способы реализации. Например, хорошо ли профессионал о себе заботится? Вы смотрите, как он выглядит. Как одет. Спрашиваете о финансовом благополучии, о семейном положении. Интересуетесь, когда последний раз отдыхал, где был в отпуске? Что любит кушать, часто ли балует себя любимой едой? Хорошо ли спит? Человек, который имеет навыки заботы о себе — делает всё это с удовольствием, ему нравится ухаживать и следить за собой. Он заботиться о своем эмоциональном и социальном благополучии. Он имеет семью, которая поддерживает его, друзей, хобби. Он зарабатывает достаточно денег, чтобы реализовать эту заботу о себе. Человек , имеющий низкий уровень заботы о себе, равнодушен к внешнему виду, еде, сну, запущен и неухожен. «Что Вы любите делать? Что делаете с удовольствием?» — вопросы, которые мы задаем для стимуляции интереса к себе и жизни, для нахождения ресурсов и источников поглаживаний. В виде домашних заданий мы предлагаем «пораженным» профессионалам написать списки любимых занятий и реализовывать их на практике.
Далее анализируются способы реализации заботы о себе. Как «пораженный» профессионал проявляет заботу о себе? Его забота о себе направлена на здоровье, профессиональное развитие, на перемены? Или его забота ярче проявляется в жалости к себе, когда он болен, обижен или оскорблен другим человеком, например, клиентом или начальником? Если это так, то несколько сеансов уделяется тому, чтобы научить профессионала более эффективной заботе о себе. Он должен научиться находить здоровое начало в себе и в каждом своем клиенте, ценить здоровье и успешность, опираться на них, как на ресурс. Он учиться мотивировать себя и своих клиентов, что здоровье всегда интереснее и увлекательнее, чем болезнь. Работа с профилем поглаживаний. Умение просить, получать, давать поглаживания. Навыки говорить «нет», отказ от пинков. В группе или индивидуальной работе в терапевтическом альянсе проверяются новые навыки поведения. Как домашнее задание дается формирование банка поглаживаний.
Второе эго-состояние, которое анализируется у подверженного выгоранию профессионала, — Критикующий родитель.
Здесь анализируются аспекты самокритики. Чему профессионал уделяет предпочтение: своим промахам и просчетам или достижениям и успехам? Деструктивная самокритика создает препятствия любым успехам. Здесь важно образ внутреннего критика, негативного критикующего Родителя отделить, расщепить, вывести за пределы личности профессионала. Работа с образом «Критикующего Родителя» эффективна в индивидуальной терапии с использованием гештальт-техник. Например, «горячего стула», трёх стульев (Родитель-Взрослый-Дитя), с парой «Критикующий Родитель» и «Заботливый Родитель». Если вы работаете с группой, то эффективны психодраматические техники.
Если профессионал борется против своих изменений, используя Критикующего Родителя, сосредоточенного на несовершенстве других людей, то терапия будет невозможна, пока обвинения не прекратятся. Он будет провоцировать Критикующего Родителя психотерапевта для «вселенского суда». Здесь важной стратегией является деконтаминация -очищение Взрослого эго-состояния от деструктивного влияния эго- состояния Родитель. Интервенция выглядит так: «Насколько критические замечания правомерны и действенны?». Техники освобождения от «мусора» родительской критики – эффективны на этом этапе терапии.
Следующий шаг в психотерапевтической работе с синдромом выгорания — работа со Взрослым эго-состоянием. Голос внутреннего критика стал тише, позитивные эмоции создают благоприятный фон для самоанализа и размышлений.
Анализируются следующие аспекты эго-состояния Взрослый: Является ли Взрослый, или мыслящая часть личности, самостоятельной, не заражённой ни детскими страхами, ни родительскими мнениями и предрассудками? Если эти предрассудки мешают осуществлению контракта, они должны быть пересмотрены. Например, такие мнения, как: «Уход клиента из терапии – вина терапевта». «Ты плохой терапевт!», «Начальник всегда прав», «Ты – не профессионал, впал в клиентскую позицию, слабак!». «Ты никогда не добьешься успеха». «Клиента надо любить, а не бояться». «Выпей и успокойся». «Покури, легче станет». Используются техники деконтаминации. Нахождение позитивных примеров из практики успешной и эффективной работы. Нахождение смысла в синдроме эмоционального выгорания, позитивное переформирование опыта выгорания. Например, синдром эмоционального выгорания — это время для пересмотра ценностей, пауза, передышка, время для себя. Эффективна работа с метафорами синдрома выгорания – «выжатый; выгоревший; отдал себя людям, без вины виноватый». Это материал для позитивного переформирования старых, неосознаваемых убеждений. Фрустрация, гнев, цинизм, чувства неуверенности в себе перед лицом непрекращающегося страдания и боли, должны стать стимулами для творческого, личностного и интеллектуального роста профессионала.И здесь Взрослой части личности приходит на помощь Детская.
Естественный, спонтанный Ребенок по определению, это здоровый, счастливый, живой и разумный источник ресурсов, который есть в каждом человеке. Именно Естественный Ребенок и сотрудничество с ним — залог успешной психотерапии и консультирования. В случае краткосрочной терапии особенно важно подружиться с этой частью личности клиента и научить его использовать и усиливать то здоровое начало, которым он обладает. Творческий Ребенок, поддерживающий, мудрый Родитель и проницательный Взрослый делают работу эффективной и увлекательной как для клиента, так и для терапевта. Мы используем определенные техники для активизации спонтанного Детского состояния. Это трансы с регрессом в раннее детство клиента. Работа с фотографиями, игрушками. Работа с эмоциями, воображением, и ассоциациями. Арт-терапия. Мы даем домашние задания написать сказку о синдроме. Или просим вести переписку с существом по имени СЭВ (синдром эмоционального выгорания). Мы поощряем юмор, шутки и веселье.
Забота Родителя, творчество Ребенка и разумность Взрослого позволяют подойти к работе с Адаптивным Ребенком клиента. Именно эго-состояние Адаптивный Ребенок наиболее поражен синдромом. Находясь в Адаптивном Ребенке человек настойчив и исполнителен , одновременно, очень раним к критике и своим неудачам. В ходе терапевтической работы анализируются ранние детские решения, которые обусловливают сегодняшние проблемы выгорания.
Транзактные аналитики полагают, что каждый человек принимает в детстве важные решения в ответ на внешние предписания, исходящие от значимых фигур [1]. Это может быть следование или отказ следовать предписанию. Если предписания приняты, индивид продолжает усиливать их в течение всей жизни. Вот первичные предписания, которые мы обнаружили в работе:
1) Не живи; 2) Не люби себя; 3) Не будь самим собой; 4) Не испытывай желаний и потребностей; 5) Не чувствуй; 6) Не добивайся успеха; 7) Не будь ребенком; 8) Не важничай; 9) Не будь довольным; 10) Не доверяй; 11) Не сближайся; 12) Не будь здоровым.
Адаптивный Ребенок имеет набор способов реализации родительских предписаний, набор драйверов. В нашей работе драйверы «Будь сильным», «Радуй других» и «Будь совершенным» — чаще всего встречались у психотерапевтов и консультантов, страдающих синдромом эмоционального выгорания.
Анализ драйверного поведения и ранних родительских предписаний позволяет подойти к основному, кульминационному моменту терапии синдрома выгорания. После проведенной работы по диагностики эго-состояний, анализу драйверного поведения и ранних детских решений мы вместе с участниками терапии обобщаем полученную информацию и предлагаем каждому определиться с его контрактом. Вернуться к первоначальному контракту, который был контрактом по контролю над симптомом. Предлагается уточнить цель изменения, к которой клиент стремится, но чувствует себя не в состоянии достичь ее в одиночку. Цели могут быть разными. Возможен запрос на новый контракт, направленный на глубинную психотерапию, целью которой будет принятие нового решения. Клиент в своем воображении возвращается к сценам детства, чтобы отменить старые предписания и принять новые решения относительно себя и ценностей реальной жизни. Он использует свой взрослый ресурс и принимает решения более подходящие к его настоящему. Между сеансами он тренируется осуществлять вновь принятые решения в своей повседневной жизни.
Клиент может остаться в рамках первоначального контракта и ему достаточно иметь контроль над симптомом выгорания. При групповой форме работы участники чаще остаются в рамках контракта по контролю над симптомом. Тогда мы проводим дебрифинги, балинтовские и супервизорские группы, тренинги уверенного поведения, тренинги ассертивности, медитации, трансы.
Дебрифинг проводится сразу после события, которое явилось сильным стрессором для профессионалов, участвующих в нем. Например, мы провели четыре дебрифинга для психологов и психотерапевтов ППЛ, которые участвовали в оказании психологической помощи жертвам теракта на Дубровке в октябре 2002 года в Москве. Дебрифинг состоит из 5 обязательных этапов. Первый этап посвящается созданию целостной картины того, что произошло. Участники дебрифинга рассказывают о том, как узнали о случившемся событии, что сделали, где находились, с кем работали.
Второй этап посвящен работе с чувствами, переживаемыми в момент происшествия. На этом этапе мы использовали техники арт-терапии. Участники дебрифинга рисовали рисунки на темы: «Мои чувства во время теракта», «Мои чувства сейчас». Участники группы дают свои ассоциации на рисунки, озвучивая проекции своих чувств, используя материал рисунков. В заключении создается единая композиция из рисунков участников.
На третьем этапе работы обсуждаются изменения, которые произошли с участниками события после него. Эти изменения могут быть не только позитивными, например, острое ощущение жизни и счастья, что все позади и кончилось благополучно. Часто появляются психосоматические реакции, тревожность, страхи. Поэтому четвертый этап посвящен информации, который дает ведущий дебрифинга о реакциях, которые могут появиться; о том, что происходит в кризисных ситуациях.
Пятый обязательный этап – нахождение позитивного смысла в произошедшем событии и поиск перспектив.
Профессионалы, которые проводят дебрифинги, сами являются мишенью для синдрома выгорания. Выслушать подробную информацию о пережитых ужасах из уст десятка коллег очень тяжело. Мы глубоко уверены, что делиться травмирующей информацией не обязательно. Она будет травмировать по цепочке профессионала, который проводит дебрифинг, потом его супервизора, потом супервизора супервизора и так далее. Достаточно работать только с чувствами. Вы говорите коллеге: «Да я понимаю, что эта ужасная картина стоит у вас перед глазами и вам хочется освободиться от неё. Что вы чувствуете? Какие ассоциации это у вас вызывает?». И он будет говорить о беспомощности, бессилии, случившемся когда-то в его жизни, давно. И эта цель дебрифинга – освободить его от бессилия, от сомнений.
Балинтовские группы — также хорошая профилактика синдрома эмоционального выгорания профессионалов. В отличие от традиционного клинического разбора или консилиума акцент в работе балинтовской группы делается на различных особенностях терапевтических взаимоотношений , на реакциях, трудностях, неудачах, которые консультанты или психотерапевты сами выносят на обсуждение. Группа профессионалов численностью 8-12 человек встречается несколько раз в месяц (продолжительность встречи 1,5-2 часа) на протяжении нескольких лет. Ведущими данных семинаров являются психологи и психотерапевты (1-2 человека). Стиль ведения занятий – недирективный. На групповых занятиях можно поделиться своими мыслями и чувствами, пришедшими в голову фантазиями, не имеющими на первый взгляд никакой рациональной связи с предметом изложения. Делается акцент на эмоциональном воздействии пациента на врача. Занятия в балинтовских группах позволяют участникам прояснить стереотипы действий, препятствующие решению проблем, устанавливать более эффективные взаимоотношения с пациентами. В работе семинара могут использоваться ролевые игры, элементы психодрамы, приемы эмпатического слушания, невербальной коммуникации и др.
Вместе с тем каждый психолог, консультант или психотерапевт может выполнять самостоятельно определенные ритуалы очищения. В конце рабочего дня, проведенного в самых сокровенных уголках человеческих жизней, полезно применить что-то, что помогло бы возвратиться к другой части жизни и устранить «негативные осколки», сохраняя соответствующие границы между работой и домом. Например, коллеги из США на пороге своего дома глубоко выдыхают и отряхиваются. Они визуально представляют границу между двумя мирами- миром работы и миром дома.
Кроме индивидуальных средств защиты и профилактики, на мой взгляд, настало время организационных подходов. Когда руководитель берет на работу сотрудника, он рассматривает его как ценный ресурс для реализации задач организации. Забота о каждом сотруднике есть сохранение ресурса организации. Особенности профессии, эмоциональная включенность и синдром эмоционального выгорания требуют определенных условий от организации. Это наличие наставничества, супервизорства, проведения дебрифингов, повышения квалификации. Индивидуальное консультирование по вопросам как профессиональной деятельности, например, профориентация внутри помогающих профессий или профессиональная непригодность. Профессионалы, которые занимаются психотерапией, консультированием должны иметь иные условия на работе, которые учитывали бы особенности их профессии. И эти условия являлись бы профилактикой синдрома выгорания. Возможно, программами по созданию условий работы профессионалов в области ментального здоровья должны заниматься профессиональные сообщества, например, ППЛ. Отстаивать необходимость внедрения программ и защищать своих членов от синдрома эмоционального выгорания.

1. Макаров В.В., Макарова Г.А. Транзактный анализ – восточная версия . – М., 2002.
2. Орел В.Е. Феномен «выгорания» в зарубежной психологии: эмпирические исследования // Психологический журнал.- 2001.- Т.22, №1.- С.90-101.

3. Робертс Г.А. Профилактика выгорания // Обзор современной психиатрии.- 1998.- №1.- с. 39-46.
4. Ронгинская Т.И. Синдром выгорания в социальных профессиях. // Психологический журнал. – 2002, том23, №3. – с.85-95.
5. Скугаревская М.М. Синдром эмоционального выгорания // Медицинские новости.—2002.— №7.— С. 3-9.
6. Crane M. Why burn-out doctors get suet more often.// Medical Economics.- 1988.-vol. 75(10). -P.210-212.
7. Felton J. S. Burnout as a clinical entity – its importance in health care workers. // Occupational medicine.-1998. – vol. 48.- p.237- 250.
8. Holloway F., Szmukler G., Carson J. Support systems. 1. Introduction.// Advances in Psychiatric Treatment.- 2000. Vol.6.- p.226-235
9. Kahill S. Interventions for burnout in the helping professions: A review of the emperical evidence. // Canadian Journal of counseling review. – 1988. – V.22 (3), p.310-342.
10. Von Oncuil J. ABC of work related disorders: stress at work.// British Medical Journal.- 1996.- vol.313.- p.745-748.
11. World Health Organization. The ICD-10 Classification of Mental and Behavioral Disorders: clinical descriptions and diagnostic guidelines.- Geneva: WHO.- 1992.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *